Sujetar y manipular células mediante pinzas hechas de sonido

Unos ingenieros han ideado una forma de manipular células en tres dimensiones usando ondas de sonido. Estas “pinzas acústicas” podrían hacer posible imprimir estructuras celulares en 3D para la ingeniería de tejidos y otras aplicaciones.

Diseñar implantes de tejido que puedan emplearse para tratar enfermedades humanas requiere de una recreación precisa de la arquitectura natural de los tejidos, pero hasta ahora ha sido desalentadoramente difícil desarrollar un único método que pueda conseguir eso manteniendo al mismo tiempo a las células funcionales y viables.

Los resultados obtenidos en la nueva investigación, realizada por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Cambridge, la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad Carnegie Mellon, las tres entidades en Estados Unidos, proporcionan una vía única para manipular células biológicas con gran precisión y en tres dimensiones, sin necesidad de ningún contacto, marcado o etiquetado bioquímico invasivos.

Este enfoque podría llevar a nuevas posibilidades para la investigación biológica y para aplicaciones en áreas tales como la medicina regenerativa, la neurociencia, la ingeniería de tejidos, la biofabricación y la lucha contra la metástasis del cáncer.

Las nuevas pinzas acústicas están basadas en un dispositivo microfluídico que los investigadores desarrollaron con anterioridad para manipular células en dos dimensiones. Este aparato produce dos ondas acústicas estacionarias, que son ondas con una altura constante. Allí donde dos ondas se encuentran, crean un “nodo de presión” que puede atrapar células individuales. Alterando la longitud de onda y otra propiedad de las ondas conocida como fase, los investigadores pueden mover el nodo y la célula atrapada dentro de él.

El equipo de investigación usó anteriormente un enfoque similar para separar células cancerosas de otras sanas, lo cual podría ser útil para detectar las raras células tumorales en el torrente sanguíneo de un paciente y predecir si un tumor se extenderá.

Ilustración de los generadores de ondas acústicas de superficie, con los nodos de captura generados en 3D. El recuadro indica una partícula individual dentro de un nodo de captura en 3D, que puede ser manipulada independientemente a lo largo de los ejes x, y o z. (Foto: cortesía de los investigadores)

En el nuevo estudio, el equipo de Subra Suresh (Universidad Carnegie Mellon), Ming Dao (MIT), así como Tony Jun Huang y Feng Guo (Universidad Estatal de Pensilvania), añadió una tercera dimensión de control: una vez las células están atrapadas en un plano horizontal, pueden ser movidas arriba y abajo alterando la energía de las ondas acústicas, es decir, el ritmo bajo el cual se emite la energía sonora. Aumentar la energía permite a los investigadores levantar las células desde la superficie en una especie de “levitación acústica”, y después situarlas en un lugar específico. Al disminuirla, se hace descender a las células si no están aposentadas sobre una superficie.

Los investigadores desarrollaron también ecuaciones que les permiten predecir con precisión cómo afectarán a las posiciones de las células los cambios en la longitud de onda, la fase y la energía acústica.

En este estudio, los investigadores demostraron su aparato sobre células de fibroblastos de ratón. Pudieron moverlas, una a una, a posiciones específicas sobre una superficie y crear patrones. También consiguieron colocar células unas sobre otras.

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