Reportatges

Món nano

Medicina a l’interior de les cèl·lules

Una recerca col·laborativa espanyola ha aconseguit fabricar i introduir xips de silici dins de cèl·lules vives. Amb aquesta fita s’obre la porta a un nou camp de recerca, el dels xips diminuts, amb el qual es faran servir xips micromètrics que poden tenir parts nanomètriques. S'espera que aquesta disciplina creixi en paral·lel a d’altres branques de la nanociència.

Patricia Morén | 26 de maig de 2010

Fotografia: sanofi2498

El somni de dur incorporats a l’organisme uns petits dispositius, o xips, que detectin si estem desenvolupant un problema de salut i ens alertin, o que s’activin per tractar una malaltia (és a dir, que facin d’”actuadors”) és encara llunyà, però s’apropa, i sembla cada cop més factible. Per primera vegada, i com a fruit d’una recerca espanyola, s’han fabricat xips de silici que s’han pogut inserir en cèl·lules vives.

La recerca ha implicat investigadors de tres instituts del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC): l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB), el Centro de Investigaciones Biológicas i l'Institut d’Investigacions Químiques i Ambientals de Barcelona. La recerca ha estat liderada per José Antonio Plaza, investigador de l'IMB, que pertany al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM), i per Teresa Suárez, del Centro de Investigaciones Biológicas.

Els resultats del treball s’han publicat a la revista científica Small i han tingut un important ressò a portals divulgatius com Nanowerk , on han ocupat el Top Ten de la llista de troballes d’aquest 2010.

Microeines i material

Què han aconseguit aquests investigadors? “Hem demostrat que és possible introduir xips de silici dins les cèl·lules, la qual cosa obre la porta per tal que d’aquí a uns anys puguem portar-hi xips funcionals. El que hem fet ara no és exactament el xip, sinó la seva base, una mena de pastilla de silici que serveix de suport per afegir-hi més coses”, exposa José Antonio Plaza, del grup de Micronanoherramientas de l’IMB-CNM. Aquest grup s’encarrega de fer eines de silici de mida de micres i nanòmetres. “Cal tenir en compte que hem fet xips de 0,5 micròmetres d’espessor i de 3 micres de diàmetre, que són unes 1000 vegades més fins que un cabell, el qual té una mida d’entre 50 i 100 micres”, posa com a exemple Plaza.

José Antonio Plaza: “Les cèl·lules viuen el mateix temps, tant si tenen un xip com si no el tenen” Pel que fa al material emprat, s'han fet servir el silici, el polisilici i l’or. Val a dir que aquest últim és un material molt utilitzat en biomedicina, mentre que el primer ha estat, durant dècades, el material per excel·lència per fer els microprocessadors i les memòries dels nostres ordinadors. Al principi es pensava que el silici només era útil per fer estructures planes, però més recentment s’ha vist que se li poden donar formes tridimensionals, de manera que s'hi poden construir microsistemes amb funcions de sensors o d’”actuadors” per a diferents mecanismes (mecànics, tèrmics o magnètics, entre d’altres).

El gran objectiu dels investigadors és construir biosensors i, en concret, sensors intracel·lulars. Altres grups de recerca, com el de Mauro Ferrari, de la University of Texas (Estats Units), també treballen en l’elaboració d'aquests xips, però amb la idea de fer-los servir com a alliberadors de substàncies farmacològiques (concepte conegut com a drug delivery). La recerca espanyola és, per tant, pionera.

Interior cel·lular

Però, com s'han introduït els xips dins les cèl·lules? El grup de químics que participava en la recerca va encarregar-se de recobrir els xips amb diacetat de fluoresceïna (CFDA), una molècula que, en interaccionar amb les esterases intracel·lulars, produeix una emissió fluorescent, visible a través del microscopi. Els xips obtinguts es van introduir per fagocitosi en cèl·lules de l'ameba unicel·lular Dictyostelium discoideum i per lipofecció en cèl·lules tumorals humanes HeLa, que habitualment es fan servir en estudis de biologia cel·lular. La fagocitosi és la capacitat de la cèl·lula d’envoltar diferents elements i portar-los al seu interior, com si se’ls mengés, mentre que la lipofecció consisteix a cobrir els xips amb una membrana de lípids a fi que aquests es fusionin amb la membrana cel·lular.

Set dies després els investigadors van comprovar que les cèl·lules seguien vives i eren capaces d’interactuar amb els xips, la qual cosa es va poder visualitzar gràcies a la fluorescència emesa per la CFDA. “Hem vist que inserir els xips dins aquestes cèl·lules no afecta la seva viabilitat. Viuen el mateix temps, tant si tenen un xip com si no el tenen”, destaca Plaza. “Amb els xips de fins a tres micres, les cèl·lules segueixen funcionant, es divideixen normalment, segons l’estudi que hem fet de set dies. Els xips no resulten tòxics i les cèl·lules interaccionen amb el seu medi”, precisa Patricia Vázquez, contractada postdoctoral del CIBER de Diabetes y Enfermedades Metabólicas Asociadas (CIBERDEM).

“Un aspecte molt important és que hem vist que els dispositius de nanotecnologia són massa petits i poden suposar un problema per a la maquinària intracel·lular, ja que poden entrar al ribosoma, al proteosoma o al reticle endoplasmàtic i esdevenir tòxics. En canvi, els dispositius de silici amb una mida de micres, que són diminuts, micromètrics però no nanomètrics, no són tòxics i poden tenir aplicacions molt interessants com a sensors”, destaca Teresa Suárez, en línia amb altres informacions relatives a la toxicitat de les nanopartícules.

MEDICINA PREVENTIVA Les aplicacions biomèdiques dels xips de silici intracel·lulars encara trigaran, però es creu que podrien tenir una aplicació més o menys immediata per fer estudis de biologia cel·lular. “Crec que inicialment tindran aplicacions en l’estudi de la biologia cel·lular i per fer estudis elementals de propietats de les cèl·lules que, fins ara, no es podien mesurar”, indica Plaza. “S’obre un camp fins ara inexplorat”.

“Estic convençut que d’aquí a uns 10 anys hi haurà xips funcionals dins les cèl·lules, que podran prendre mesures mecàniques, tèrmiques, magnètiques o bioquímiques. La tecnologia està evolucionant tant que ho podrem fer”, afegeix Plaza. Segons aquest investigador, fins i tot es podrien fer xips que combinessin un sensor i un “actuador”, de manera que el sensor detectés una cèl·lula malalta i, segons el diagnòstic, el segon alliberés una substància terapèutica per destruir-la o tractar-la. “En termes de tractament, ja hi ha molts dispositius amb nanocapsuletes, fins i tot a la pràctica clínica. En canvi, de sensors intercel·lulars no n’hi ha tants”, comenta Suárez.

“Els reptes de futur”, per a aquesta científica, “es troben en els dispositius que es facin. Podríem pensar en xips que actuessin com a sensors i mesuressin si els nivells de glucosa o d'un determinat marcador del càncer pugen i que ens avisessin. Això seria portar la medicina preventiva al màxim, però encara estem molt lluny d’aquest nivell. Tanmateix, el nostre treball és molt preliminar i la tecnologia que hem fet servir, molt novedosa. De moment, hem vist que el silici no mata les cèl·lules i que és innocu”.

Tòpics de l'article