Se controlan por primera vez nanomotores dentro de células humanas vivas

13/02/2014 - E.P.

Podrían utilizarse para tratar enfermedades manipulando mecánicamente las células desde el interior

Un equipo de químicos e ingenieros de la Universidad Estatal de Pensilvania (conocida como Penn State), en Estados Unidos, ha colocado pequeños motores sintéticos dentro de células humanas vivas, impulsándolas con ondas ultrasónicas y dirigiéndolas magnéticamente. Los nanomotores, que son partículas de metal con forma fusiforme, se mueven por el interior de las células, girando y golpeando la membrana celular.

"A medida que estos nanomotores se mueven y chocan con las estructuras dentro de las células, las células vivas muestran respuestas mecánicas internas no vistas hasta ahora", señala el profesor de Química de Materiales y Física de la Universidad Estatal de Pensilvania Tom Mallouk, uno de los autores del trabajo, cuyos resultados se publican este lunes en 'Angewandte Chemie International Edition'.

"Esta investigación es una clara demostración de que puede ser posible usar nanomotores sintéticos para estudiar la biología celular de nuevas maneras. Podríamos ser capaces de utilizar nanomotores para tratar el cáncer y otras enfermedades manipulando mecánicamente las células desde el interior. Los nanomotores podrían realizar una cirugía intracelular y entregar medicamentos de forma no invasiva a los tejidos vivos", resalta este experto.

Hasta ahora, según este investigador, sólo se han estudiado los nanomotores "in vitro", no en células humanas vivas. Inicialmente, un equipo de Penn State, que incluyó al químico Ayusman Sen y al físico Vincent Crespi, además de Mallouk, desarrolló hace diez años nanomotores químicamente alimentados.

"Nuestros motores de primera generación requieren combustibles tóxicos y no se mueven en un fluido biológico, por lo que no podían estudiar las células humanas --lamenta Mallouk--. Esa limitación es un problema serio". Cuando Mallouk y físico francés Mauricio Hoyos descubrieron que los nanomotores podrían ser alimentados por ondas ultrasónicas, se abrió la puerta al estudio de estos motores en sistemas vivos.

Para sus experimentos, el equipo usó células HeLa, una línea inmortal de células de cáncer cervical humano que normalmente se utilizan en los estudios de investigación. Estas células ingieren los nanomotores, que luego se mueven dentro del tejido celular, accionados por ondas ultrasónicas. Con energía ultrasónica baja, explica Mallouk, los nanomotores tienen poco efecto en las células, pero al aumentar la potencia, los nanomotores entran en acción, se mueven y chocan con orgánulos, estructuras dentro de una célula que realizan funciones específicas.

Los nanomotores pueden actuar como batidores de huevo para homogeneizar esencialmente el contenido de la célula o pueden actuar como arietes para perforar la membrana celular. Mientras los pulsos de ultrasonidos controlan si los nanomotores giran alrededor o se mueven hacia adelante, los científicos pueden controlar los motores orientándolos aún más, utilizando fuerzas magnéticas.

Mallouk y sus colegas también vieron que los nanomotores pueden moverse de forma autónoma, es decir, independientemente uno de otro, una capacidad que es importante para futuras aplicaciones. "El movimiento autónomo podría ayudar a los nanomotores a destruir selectivamente las células que los engullen --destaca Mallouk--. Si se desea que estos motores busquen y destruyan las células cancerosas, por ejemplo, es mejor que se muevan de forma independiente, no que todos ellos vayan en una dirección".

La capacidad de los nanomotores afectar las células vivas es una promesa para la medicina, según Mallouk. "Una de las aplicaciones soñadas es la medicina del tipo 'viaje fantástico', donde nanomotores hagan un crucero por el interior del cuerpo, comunicándose con otros y realizando diversos tipos de diagnósticos y tratamiento. Hay un montón de aplicaciones para el control de partículas a pequeña escala y estamos entendiendo la forma en la que funciona", concluye.