Los investigadores de Ingeniería de la Universidad de Toronto han construido un conjunto de "pinzas" magnéticas que pueden colocar un cordón de nanoescala dentro de una célula humana en tres dimensiones con una precisión sin precedentes. El nanobot ya se ha utilizado para estudiar las propiedades de las células cancerosas, y podría señalar el camino hacia un mejor diagnóstico y tratamiento.
El profesor Yu Sun y su equipo han estado construyendo robots que pueden manipular células individuales durante dos décadas. Sus creaciones tienen la capacidad de manipular y medir células individuales, útiles en procedimientos como la fertilización in vitro y la medicina personalizada. Su último estudio,publicado hoy en Ciencia Robótica , lleva la tecnología un paso más allá.
"Hasta ahora, nuestro robot ha estado explorando fuera de un edificio, tocando la pared de ladrillo e intentando descubrir qué está sucediendo adentro", dice Sun. "Queríamos desplegar un robot en el edificio y sondear todas las habitaciones yestructuras "
El equipo ha creado sistemas robóticos que pueden manipular estructuras subcelulares dentro de microscopios electrónicos, pero eso requiere que las células se sequen por congelación y se corten en pequeñas rebanadas. Para sondear células vivas, otros equipos han utilizado técnicas como láser o acústica.
"Las pinzas ópticas, que usan láser para sondear células, es un enfoque popular", dice Xian Wang, el candidato a doctorado que realizó la investigación. La tecnología fue honrada con el Premio Nobel de Física 2018, pero Wang dice que la fuerzapuede generar no es lo suficientemente grande como para la manipulación mecánica y la medición que quería hacer.
"Puede intentar aumentar la potencia para generar mayor fuerza, pero corre el riesgo de dañar los componentes subcelulares que está tratando de medir", dice Wang.
El sistema que diseñó Wang usa seis bobinas magnéticas colocadas en diferentes planos alrededor de un cubreobjetos de microscopio sembrado con células cancerosas vivas. Se coloca un cordón de hierro magnético de aproximadamente 700 nanómetros de diámetro, aproximadamente 100 veces más pequeño que el grosor de un cabello humanoen el cubreobjetos, donde las células cancerosas lo absorben fácilmente dentro de sus membranas.
Una vez que el cordón está adentro, Wang controla su posición utilizando la retroalimentación en tiempo real de las imágenes de microscopía confocal. Utiliza un algoritmo controlado por computadora para variar la corriente eléctrica a través de cada una de las bobinas, moldeando el campo magnético en tres dimensiones y persuadiendo elen cualquier posición deseada dentro de la celda
"Podemos controlar la posición dentro de un par de cientos de nanómetros por debajo del límite de movimiento browniano", dice Wang. "Podemos ejercer fuerzas un orden de magnitud mayor de lo que sería posible con los láseres".
En colaboración con la Dra. Helen McNeil y Yonit Tsatskis en el Hospital Mount Sinai y el Dr. Sevan Hopyan en el Hospital para Niños Enfermos SickKids, el equipo utilizó su sistema robótico para estudiar las células de cáncer de vejiga en etapas tempranas y posteriores.
Estudios previos sobre núcleos celulares requirieron su extracción de las células. Wang y Sun midieron los núcleos celulares en células intactas sin la necesidad de romper la membrana celular o el citoesqueleto. Pudieron demostrar que el núcleo no es igualmente rígido en todas las direcciones.
"Es un poco como un balón de fútbol americano: mecánicamente, es más rígido a lo largo de un eje que del otro", dice Sun. "No hubiéramos sabido eso sin esta nueva técnica".
También pudieron medir exactamente cuánto más rígido se volvió el núcleo cuando se lo presionó repetidamente, y determinar qué proteína o proteínas celulares pueden desempeñar un papel en el control de esta respuesta. Este conocimiento podría señalar el camino hacia nuevos métodos de diagnóstico de cáncer.
"Sabemos que en las células de la etapa posterior, la respuesta de rigidez no es tan fuerte", dice Wang. "En situaciones donde las células cancerosas en la etapa inicial y las células en la etapa posterior no se ven muy diferentes morfológicamente, esto proporciona otraforma de distinguirlos "
Según Sun, la investigación podría ir aún más lejos.
"Podrías imaginar traer enjambres enteros de estos nano-bots y usarlos para matar de hambre a un tumor bloqueando los vasos sanguíneos en el tumor o destruirlo directamente mediante ablación mecánica", dice Sun. "Esto ofrecería unforma de tratar los cánceres resistentes a la quimioterapia, la radioterapia y la inmunoterapia ".
Estas aplicaciones aún están muy lejos del despliegue clínico, pero Sun y su equipo están entusiasmados con esta dirección de investigación. Ya están en proceso de experimentos con animales tempranos con el Dr. Xi Huang en SickKids.
"Todavía no es un viaje fantástico", dice, refiriéndose a la película de ciencia ficción de 1966. "Pero hemos logrado una precisión sin precedentes en el control de posición y fuerza. Eso es una gran parte de lo que necesitamos para llegar allí, así que estad atentos! "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ciencias Aplicadas e Ingeniería de la Universidad de Toronto . Original escrito por Tyler Irving. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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