Manejan células cardiacas cultivadas en laboratorio mediante control remoto

Laboratorio
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Publicado 22/05/2018 7:34:36CET

   MADRID, 22 May. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego, Estados Unidos, y sus colaboradores han desarrollado una técnica que les permite acelerar o desacelerar a voluntad las células del corazón humano que crecen en un plato, simplemente iluminándolas y variando su intensidad. Las células se cultivan en un material llamado grafeno, que convierte la luz en electricidad, proporcionando un entorno más realista que los platos de laboratorio estándar de plástico o vidrio.

   El método, descrito en la edición de este viernes de 'Science Advances', podría usarse para una serie de aplicaciones clínicas y de investigación, que incluyen: probar fármacos terapéuticos en sistemas más relevantes biológicamente, desarrollar fármacos específicos para que sean más precisos y tengan menos efectos sistémicos y crear mejores dispositivos médicos, como marcapasos con luz controlada.

   "Cuando lo conseguimos por primera vez en nuestro laboratorio, de repente tuvimos algo así como 20 personas reuniéndose, gritando cosas como '¡imposible!'. Nunca habíamos visto algo así antes", relata el primer autor Alex Savchenko, investigador científico del Departamento de Pediatría de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y del Consorcio de Medicina Regenerativa de Stanford. Savchenko dirigió el estudio con Elena Molokanova, director ejecutivo de Nanotools Bioscience.

   Aunque de alguna manera simplemente es una versión más delgada de grafito, las propiedades únicas del grafeno solo se apreciaron realmente recientemente, un esfuerzo reconocido con el Premio Nobel de Física 2010, otorgado a Andre Geim y Kostantin Novoselov, ambos físicos en la Universidad de Manchester, en Reino Unido. El grafeno es un semimetal formado por un entramado de átomos de carbono, el mismo elemento que forma la base de todos los organismos vivos. Parte de lo que hace que el grafeno sea especial es su capacidad para convertir eficientemente la luz en electricidad. En contraste, el vidrio y el plástico son aislantes, no conducen electricidad. La mayoría de la investigación biomédica se basa en células individuales o cultivos celulares en placas de Petri de plástico o en placas de vidrio.

   "Sin embargo, en el cuerpo, no se ven muchas superficies que actúen como plástico o vidrio --dice Savchenko--. En cambio, somos conductores. Nuestros corazones son extremadamente buenos para conducir electricidad. En el cerebro, es la conductividad eléctrica la que me permite pensar y hablar al mismo tiempo".

   Savchenko, Molokanova y otros investigadores han observado que las células del laboratorio crecen mejor en el grafeno que otros materiales y se comportan más como las células en el cuerpo. Savchenko y Molokanova acreditan sus antecedentes en física por ayudarles a ver los sistemas biológicos de una manera un poco diferente a la mayoría.

   En este estudio, los investigadores generaron células cardiacas de células de la piel donadas, a través de un tipo de célula intermedia llamada célula madre pluripotente inducida (iPSC). Luego, cultivaron estas células cardiacas derivadas de iPSC en una superficie de grafeno.

MOVER LAS CÉLULAS A VOLUNTAD

   Savchenko explica que llevó al equipo un tiempo precisar la formulación óptima basada en grafeno. Luego, tenían que encontrar la mejor fuente de luz y la forma de entregar esa luz al sistema de células de grafeno. Pero, finalmente, encontraron una forma de controlar con precisión cuánta electricidad generaba el grafeno variando la intensidad de la luz a la que la exponían.

   "Nos sorprendió el grado de flexibilidad que el grafeno permite mover las células literalmente a voluntad --dice Savchenko--. ¿Quieres que palpiten el doble de rápido? No hay problema, solo aumentas la intensidad de la luz. ¿Tres veces más rápido? No hay problema: eleva la densidad de la luz o el grafeno".

   Savchenko y sus colegas descubrieron que también podrían controlar la actividad cardiaca en un organismo vivo (embriones de pez cebra) utilizando grafeno ligero y disperso. El equipo también se sorprendió por la ausencia de toxicidad, que a menudo presenta a los investigadores un gran desafío.

   "Normalmente, si introduces un nuevo material en biología, esperas ver una determinada cantidad de células muertas en el proceso --explica Savchenko--. Pero no vimos nada de eso. Nos da la esperanza de que podamos evitar problemas dañinos más adelante, ya que probamos varias aplicaciones médicas".

Los científicos están entusiasmados con las muchas aplicaciones posibles para este nuevo sistema de grafeno/luz. Un uso potencial es en la detección de fármacos. Actualmente, los investigadores usan la tecnología robótica para probar cientos de miles de compuestos químicos, seleccionándolos para detectar sus capacidades y cambiar el comportamiento de una célula.

   Aquellos compuestos que tienen el efecto deseado son más estudiados por su potencial como una nueva medicina terapéutica. Sin embargo, es posible que se pasen por alto muchos compuestos beneficiosos porque sus efectos no son evidentes en la condición en la que se cultivan las células de prueba, en plástico, fuera del contexto de la enfermedad.

   Por ejemplo, los investigadores pueden probar fármacos en células cardiacas cultivadas en un plato de laboratorio de plástico estándar; pero esas células se contraen a su propio ritmo, sin modelar las condiciones que podrían existir justo antes de que una persona tenga un ataque cardiaco. Los fármacos que se prueban en esas células pueden no parecer hacer nada si son dependientes del uso, lo que significa que los medicamentos solo tienen un efecto bajo ciertas condiciones.

   Para probar esta aplicación, el equipo agregó mexiletina, un medicamento utilizado para tratar los latidos cardiacos irregulares (arritmias), a sus células cardiacas. Se conoce la mexiletina por ser dependiente del uso; solo tiene un efecto cuando hay un aumento en la frecuencia cardiaca, como ocurre durante una arritmia. Los investigadores iluminaron sus células cardiacas con grafeno con luz de diferentes intensidades. Cuanto más rápido lograron que las células del corazón latieran, mejor las inhibió la mexiletina.

   Por ahora, el equipo se centra en las células del corazón y las neuronas. Pero los autores están interesados en eventualmente aplicar su sistema de luz/grafeno para buscar medicamentos que maten específicamente a las células cancerosas, mientras que dejan las células sanas en paz.

   Los científicos también prevén el uso de grafeno para encontrar alternativas a los opioides: medicamentos para el dolor dependientes del uso que solo funcionan cuando y donde una persona tiene dolor, reduciendo así los efectos sistémicos que pueden conducir al mal uso y la adicción.

   Finalmente, Savchenko cree que los marcapasos con control de luz hechos de grafeno podrían ser más seguros y más efectivos que los modelos actuales. Hay mucho trabajo por hacer, pero Savchenko es optimista. "Se puede exprimir medio año de experimentos con animales en un día de experimentos con este sistema basado en grafeno", concluye.

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