Nanodispositivos intracelulares que ejercen de medicamentos mecánicos

Históricamente, los grandes avances en el estudio del funcionamiento de las células se han logrado mediante fármacos químicos, lo que ha supuesto un gran desarrollo de medicamentos para tratar enfermedades. Durante las últimas décadas, la comunidad científica ha constatado que, para que las células funcionen correctamente, la parte mecánica (física) es tan importante como la química.

Una nueva y revolucionaria línea de investigación y desarrollo avanza hacia el uso de dispositivos de tamaño nanométrico para estudiar y modular la parte mecánica de las células. Los primeros de estos dispositivos nanométricos en ser diseñados impiden la división de las células mediante procesos mecánicos, y también pueden emplearse como medicamentos «mecánicos» para alterar o incluso destruir las células, lo que abre la puerta a tratamientos terapéuticos nuevos.

Un equipo investigador ha introducido dispositivos de 50 nanómetros de grosor —la milésima parte de un cabello— en el interior de células vivas con el fin de conocer su proceso de división y alterarlo, e incluso llegar a destruir células. En este trabajo, que abre nuevas vías de exploración en el campo de la nanomedicina, participan las investigadoras Lluïsa Pérez-García y Ezhil Amirthalingam, de la Facultad de Farmacia y Ciencias de la Alimentación y el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (IN2UB) de la Universidad de Barcelona (UB).

El estudio lo ha liderado el profesor José Antonio Plaza, del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB), adscrito al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM), del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y es el resultado de la colaboración con el equipo del IN2UB, dirigido por Pérez-García, y el del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB) del CSIC, con la investigadora Teresa Suárez al frente.

En el marco del proyecto, el equipo del IN2UB ha estado vinculado al desarrollo conceptual y experimental de la investigación y ha implementado la funcionalización química de los nanodispositivos.

Los dispositivos de silicio en forma de estrella (mostrados aquí en color amarillento) obstaculizan de forma mecánica el funcionamiento normal de las células a atacar (aquí mostradas en color rojizo) alterando así su ciclo celular y, en algunos casos, provocando su muerte. (Imagen: CSIC)

«Los dispositivos se pueden diseñar con formas y dimensiones controladas a la escala de las micras y los nanómetros. En particular, los dispositivos fabricados tienen forma de estrella, un diámetro de 22 micras y espesores de entre los 50 y los 500 nanómetros. Están fabricados en silicio y su geometría en forma de estrella los hace parecidos a una malla de nanofibras», explica el investigador José Antonio Plaza.

Las células son capaces de internalizar estas estructuras nanométricas que tienen dimensiones del orden del diámetro celular. Una vez en el interior, estos dispositivos obstaculizan de forma mecánica el funcionamiento celular normal y provocan así una alteración en el ciclo de la célula y, en algunos casos, su muerte.

El trabajo constata que un objeto físico lo bastante pequeño y con la forma adecuada es capaz de interferir mecánicamente en el ciclo celular, de modo similar a lo que hacen las fibras de asbestos (amianto) causantes de alteraciones celulares que degeneran en enfermedades. A raíz de este nuevo estudio, se abren nuevas opciones para analizar otras geometrías y ver su efecto en el ciclo celular, un punto de partida de potencial interés biomédico para estudiar muchas enfermedades, como el cáncer, en el que la parte física de las células es muy relevante.

«Impedir la división celular o retrasarla mediante un obstáculo mecánico puede ocasionar la muerte celular, lo que podría ser clave para nuevos tratamientos futuros en medicina», apunta la investigadora María Isabel Arjona (IMB).

Los dispositivos se han desarrollado en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB.

José Antonio Plaza y sus colegas exponen los detalles técnicos de esta innovación en la revista académica Advanced Materials, bajo el título «Intracellular mechanical drugs induce cell-cycle altering and cell death». (Fuente: UB)