Comparación que muestra a la izquierda, el cultivo de control sin microdispositivos. A la derecha, las células cultivadas en la matriz de microdispositivos. - IMB-CNM Y UAB
MADRID 3 Jul. (EUROPA PRESS) -
El Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) y la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) han desarrollado una nueva generación de microdispositivos bioelectrónicos capaces de estimular eléctricamente y de forma remota células vivas a nivel individual mediante ultrasonidos, lo que abre la puerta al desarrollo de terapias menos invasivas y más precisas.
La UAB ha detallado en un comunicado que el estudio, publicado en 'Small', demuestra cómo estos microdispositivos pueden convertir fuerzas mecánicas, ya sean producidas por las propias células o aplicadas externamente mediante ultrasonidos, en señales eléctricas que permiten la activación de procesos celulares de forma controlada y no invasiva.
El trabajo se enmarca en el ámbito de la electrocéutica, terapias basadas en la aplicación de estímulos eléctricos para modular procesos celulares o tisulares que, a su vez, permiten el control de señales o la reparación de tejidos.
Para valorar el alcance, los investigadores han aclarado que la "activación celular" se refiere a la respuesta de una célula ante un estímulo, sea interno o externo, que desencadena procesos a nivel celular, como la proliferación o diferenciación. En este estudio, el estímulo es el campo eléctrico local producido por nanogeneradores piezoeléctricos de óxido de zinc en respuesta a una actuación mecánica. Esta acción produce un incremento en la activación celular mediante rutas de señalización por calcio en el momento del estímulo.
"Los microdispositivos desarrollados logran aplicar estímulos en células individuales y, debido a su tamaño de decenas de micras, permitiría una terapia muy precisa y dirigida. Además, dicha estimulación es inalámbrica y mínimamente invasiva puesto que se actúan de manera remota mediante ultrasonidos en el rango biomédico", ha explicado la investigadora del IMB-CNM-CSIC en el grupo Nemesys Lab y primera autora del estudio, Laura Lefaix.
ENSAYOS CELULARES
Ensayos celulares han permitido confirmar la funcionalidad de los microdispositivos. El equipo investigador empleó diversos indicadores para evaluar la activación, entre ellos, cambios en los niveles de calcio intracelular y variaciones en el potencial de membrana, ambos fundamentales en la señalización celular, el proceso mediante el cual las células reciben y responden a señales.
"Los resultados obtenidos han permitido demostrar que estos microdispositivos son capaces de inducir cambios a nivel de membrana celular y conocer el mecanismo por el cual se activan las células. Este tipo de modulación bioeléctrica es clave para entender cómo los estímulos físicos pueden traducirse en señales biológicas", ha destacado Andreu Blanquer, del departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología de la UAB.
El trabajo combina simulación y experimentación, lo que permite comprender los mecanismos de funcionamiento de la estimulación, así como validar el funcionamiento de los microdispositivos. Uno de los principales retos consistía en evaluar los parámetros de la actuación mediante ultrasonidos para una óptima estimulación eléctrica de las células, así como entender los mecanismos fundamentales por los cuales se produce esta interacción.
Según ha apuntado Laura Lefaix, "los resultados validan la idea de que se puede reducir el tamaño de los dispositivos piezoeléctricos al orden de las decenas de micras manteniendo su funcionalidad", ya que mediante este método se consiguió activar "hasta el 58 por ciento de las células en la muestra de forma controlada".
Los microdispositivos se ensayaron en células óseas (línea Saos-2) debido a que resultan un modelo robusto para este tipo de experimentos por la presencia de canales iónicos activados por voltaje en sus membranas.
El investigador del IMB-CNM Gonzalo Murillo, coordinador del estudio y Premio Nacional de Investigación para Jóvenes 'Ángela Ruiz Robles' 2023, ha destacado tanto la eficacia de los microdispositivos como su biocompatibilidad, que permiten una estimulación inalámbrica y localizada y que su fabricación es escalable y adaptable, lo que facilita su "producción masiva" con diferentes configuraciones.
