Los investigadores de Stanford han desarrollado una técnica que reprograma las células para usar materiales sintéticos, proporcionados por los científicos, para construir estructuras artificiales capaces de llevar a cabo funciones dentro del cuerpo.
"Convertimos las células en ingenieros químicos de algún tipo, que usan materiales que proporcionamos para construir polímeros funcionales que cambian sus comportamientos de maneras específicas", dijo Karl Deisseroth, profesor de bioingeniería y de psiquiatría y ciencias del comportamiento, quien co-dirigió eltrabajo.
En la edición del 20 de marzo de ciencia , los investigadores explican cómo desarrollaron el ensamblaje químico genéticamente dirigido, o GTCA, y utilizaron el nuevo método para construir estructuras artificiales en las células cerebrales de los mamíferos y en las neuronas en el pequeño gusano llamado C. elegans . Las estructuras se hicieron con dos materiales biocompatibles diferentes, cada uno con una propiedad electrónica diferente. Un material era un aislante, el otro un conductor.
El co-líder del estudio, Zhenan Bao, profesor y director de ingeniería química, dijo que si bien los experimentos actuales se centraron principalmente en las células cerebrales o las neuronas, la GTCA también debería funcionar con otros tipos de células ". Hemos desarrollado una plataforma tecnológica que puede aprovecharen los procesos bioquímicos de las células en todo el cuerpo ", dijo Bao.
Los investigadores comenzaron reprogramando genéticamente las células que querían afectar. Lo hicieron mediante el uso de técnicas de bioingeniería estándar para entregar instrucciones para agregar una enzima, llamada APEX2, en neuronas específicas.
Luego, los científicos sumergieron los gusanos y otros tejidos experimentales en una solución con dos ingredientes activos: una dosis extremadamente baja y no letal de peróxido de hidrógeno y miles de millones de moléculas de la materia prima que querían que las células usaran para suproyectos de construcción.
El contacto entre el peróxido de hidrógeno y las neuronas con la enzima APEX2 desencadenó una serie de reacciones químicas que fusionaron las moléculas de la materia prima en una cadena conocida como polímero para formar un material similar a una malla. De esta manera, los investigadores fueroncapaz de tejer redes artificiales con propiedades aislantes o conductoras alrededor de las neuronas que deseaban.
Los polímeros cambiaron las propiedades de las neuronas. Dependiendo de qué polímero se formó, las neuronas dispararon más rápido o más lento, y cuando estos polímeros se crearon en células de C. elegans , los movimientos de arrastre de los gusanos fueron alterados de manera opuesta.
En los experimentos con células de mamíferos, los investigadores realizaron experimentos similares de formación de polímeros en rodajas vivas de cerebros de ratones y en neuronas cultivadas de cerebros de ratas, y verificaron las propiedades conductoras o aislantes de los polímeros sintetizados. Finalmente, inyectaron una baja concentraciónsolución de peróxido de hidrógeno junto con millones de moléculas de materia prima en el cerebro de ratones vivos para verificar que estos elementos no fueran tóxicos juntos.
En lugar de una aplicación médica, Deisseroth dice: "lo que tenemos son herramientas para la exploración". Pero estas herramientas podrían usarse para estudiar cómo la esclerosis múltiple, causada por el deshilachado del aislamiento de mielina alrededor de los nervios, podría responder si las células enfermas pudieran serinducido a formar polímeros aislantes como reemplazos. Los investigadores también podrían explorar si la formación de polímeros conductores sobre las neuronas defectuosas en el autismo o la epilepsia podría modificar esas condiciones.
En el futuro, a los investigadores les gustaría explorar variantes de su tecnología dirigida a las células. GTCA podría usarse para producir una amplia gama de materiales funcionales, implementados por diversas señales químicas. "Estamos imaginando un mundo entero de posibilidades con estonueva interfaz de química y biología ", dijo Deisseroth.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería de Stanford . Original escrito por Tom Abate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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