Desarrollados chips de silicio capaces de interferir con las funciones celulares

Un estudio recientemente publicado en la revista Advanced Materials y liderado por Teresa Suárez, investigadora del Centro de Investigaciones Biológicas Margarita Salas (CIB-CSIC), muestra que las células vivas son capaces de internalizar microdispositivos de silicio de nanómetros de espesor y diámetros similares a las propias células. El estudio, realizado de forma conjunta con el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), muestra que estos dispositivos son capaces de interferir con el ciclo celular, impidiendo la división y provocando la muerte de las células, y propone el uso de estas herramientas novedosas para el estudio de la biología celular desde un nuevo enfoque, así como su posible utilización como fármacos.

Comúnmente, el bloqueo del proceso de mitosis, que resulta en la formación de dos células hijas, se realiza mediante el uso de fármacos como el taxol. Este trabajo plantea utilizar herramientas mecánicas, y no químicas, que permitan modificar el comportamiento de las células, abriendo nuevas vías de exploración en el campo de la nanomedicina.

Arjona et al. han diseñado dispositivos de silicio con formas, dimensiones y rigidez controladas, a la escala de las micras y los nanómetros, que han internalizado en cultivos celulares de células HeLa. El estudio demuestra que células a priori no fagocíticas pueden internalizar objetos físicos de diámetros similares a los de las propias células, que constituyen un obstáculo mecánico intracelular capaz de alterar el alineamiento correcto de los cromosomas y el huso mitótico durante el proceso de división celular, induciendo la muerte celular.

“Estos dispositivos modifican el funcionamiento normal de las células y pueden causar la muerte de las células que los internalizan de modo que, convenientemente dirigidos a una población celular específica, como las células tumorales, podrían emplearse para su destrucción selectiva sin afectar al resto”, dice Teresa Suárez, co-directora del estudio. Así mismo, añade, “facilitarán explorar las células desde ángulos innovadores contribuyendo a conocer mejor los procesos celulares”.

Una de las grandes ventajas de estos dispositivos es que se pueden diseñar con diferentes formas, dimensiones y rigidez, siendo estos parámetros los determinantes del daño mecánico producido. “En particular, los dispositivos fabricados tienen forma de estrella o disco, un diámetro de 22 µm y espesores que van desde los 50 a los 500 nm”, explica José Antonio Plaza, investigador del IMB-CNM-CSIC y co-director del trabajo.

Con esta investigación se demuestra cómo objetos físicos, en este caso microchips, interfieren mecánicamente con el ciclo celular y lo alteran. “Nuestra investigación demuestra además que estas herramientas pueden emplearse para medir fuerzas y, quizá con otras geometrías, para analizar las funciones celulares desde una nueva perspectiva, siendo un punto de partida novedoso para el estudio de distintas enfermedades, como el cáncer” dicen Patricia Vázquez y Alberto Hernández-Pinto, miembros del equipo investigador del CIB Margarita Salas.

Los dispositivos se han desarrollado en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB-CNM-CSIC, una Infraestructura Científica y Técnica Singular (ICTS) del Ministerio de Ciencia e Innovación.

Referencia: Intracellular Mechanical Drugs Induce Cell-Cycle Altering and Cell Death. Arjona, M. I., Duch, M., Hernández-Pinto, A., Vázquez, P., Agusil, J. P., Gómez-Martínez, R., Redondo-Horcajo, M., Amirthalingam, E., Pérez-García, L., Suárez*, T., Plaza*, J. A. (2022) Advanced Materials.  DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202109581

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Nota de Prensa del CSIC: enlace.