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Cierta Ciencia

En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Viaje al centro de la célula

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Una nueva técnica de microscopía que se está aplicando en la investigación de nanopartículas le está permitiendo a un grupo de científicos monitorear los movimientos de ellas en el centro mismo de las células. Encontraron que la entrega de drogas es más eficiente cuando las nanopartícculas pueden sortear las barreras que existen dentro de las células y alcanzar el objetivo final, traspasar la cubierta del núcleo celular, la membrana nuclear. Su trabajo ha identificado por primera vez, cómo la forma afecta la habilidad de las nanopartículas para moverse a través de las barreras intracelulares.

El estudio aparece en la revista Nature Nanotechnology y sus autores pertenecen a la University of South Wales (UNSW), en Sidney. Informan que para la entrega de medicamentos, las nanopartículas con formas semejantes a las de conos y gusanos, son las que mejor realizan esa tarea gigantesca y tortuosa de llegar al centro de una célula. Este estudio responde a una pregunta que por largo tiempo no tenía respuesta y que ahora puede llevar al diseño de vehículos más efectivos para la entrega de medicamentos, mejorando sus formas.

“Hemos sido capaces de mostrar, por primera vez, que las nanopartículas diseñadas con formas similares a conos y gusanos fueron más efectivas que las que tenían formas esféricas, para atravesar las barreras intracelulares, algo que les facilita el camino y la llegada al núcleo de la célula”, dice la líder del equipo de investigación, Elizabeth Hinde.

El estudio contó con la colaboración de químicos, ingenieros y médicos, todos investigadores de la UNSW y pertenecientes a diversos centros de la nanotecnología y de imágenes moleculares de la universidad.

El equipo de científicos utilizó por primera vez, un método nuevo de microscopía para la entrega de medicamentos, algo que les permitió seguir los movimientos de las nanopartículas. Lo hicieron utilizando una única célula en cultivo, con una resolución de espacio y tiempo de una altísima calidad. Usando este método, los investigadores pudieron localizar con precisión dónde se entregaban los medicamentos y cómo ellos se regaban dentro de la célula.

Encontraron que la droga usada en el tratamiento de un número elevado de tipos de cáncer, la doxorubicina, fue más efectiva cuando pudo sortear la fuerte aunque porosa barrera celular que rodea al núcleo, centro de control de la célula. Y esa eficiencia mayor de la droga se correspondía con la forma de las nanopartículas usadas para que lograra realizar su viaje al centro de la células.

La doctora Hinde cuenta que algunos investigadores ya habían podido observar la distribución general de las nanopartículas en las células pero que no disponían de las herramientas microscópicas adecuadas para entender cómo se organizaba esa distribución, una gran limitación en la investigación de la entrega de medicamentos.

“Es necesario entender cómo las cosas llegan a su destino final para dar en el blanco. Ahora tenemos una herramienta para seguir este increíble viaje al centro de la célula. Y esto quiere decir que otros grupos de investigación pueden hacer uso de ella para mejorar sus nanopartículas y sus formas de entrega de medicinas. Podrán investigar cómo ajustar la forma de sus partículas para que lleguen al núcleo o a otras partes de la célula y además seguir el curso, el movimiento y el lugar dónde se entrega la carga. Esto era imposible antes”, dice Hinde.

La forma importa

Las nanopartículas van a jugar cada vez más un papel muy importante y vital en el futuro de la medicina. Estas ultra diminutas partículas pueden cargar medicamentos que ayuden a atacar y matar a las células cancerosas, entregándolos de forma selectiva sólo donde son necesarios.

Los ingenieros de la UNSW fabricaron cuatro tipos de nanopartículas: uno en forma de cono, otro en forma de gusano y dos con forma esférica. Fueron marcadas usando fluorescencia y se incubaron dentro de células cancerosas. Combinando el nuevo sistema de microscopía desarrollado por ellos y algunos análisis estadísticos, los científicos pudieron lograr la pintura total y clara de cómo cada partícula se mueve dentro de la célula.

Mientras las nanopartículas esféricas quedaron bloqueadas a la entrada de la envoltura del núcleo, las otras lograron entrar.

“Las células cancerosas tienen una arquitectura interna diferente a la de las células sanas. Si nosotros podemos afinar las dimensiones de las nanopartículas en forma de cono al punto de que sólo ellas sean capaces de pasar las barreras en las células cancerosas y no en las sanas, podremos reducir algunos de los efectos colaterales de las quimioterapias”, explica Hinde.

“El impacto dentro del campo es enorme”, dice Justin Gooding, profesor de ciencia y miembro de la UNSW. “Nos da la habilidad para mirar dentro de la célula, ver lo que las partículas están haciendo y diseñarlas para que hagan de forma precisa lo que nosotros necesitamos. Todos van a ver, de repente, que pueden sacar cualquier tipo de información nueva de estas partículas”.

Los científicos estarán colaborando muy pronto con investigadores del departamento de arte y diseño de la misma universidad, quienes combinan información científica, imágenes de microscopía y animación generada por computadores para crear una realidad virtual que represente el interior de las células humanas y de los vasos sanguíneos.

Los trabajos de arte les permiten a los científicos visualizar y lanzarse en viajes de realidad virtual por todo el cuerpo, algo que disparará el desarrollo de nuevas y novedosas medicinas.
Quien piense o diga que la ciencia, además de servir a tantísimos frentes de desarrollo y progreso, no es bella y excitante, y que es aburrida, con estos hallazgos deberá pensárselo por segunda vez.

(Josefina Cano, 06/2017)

Más información en el Blog de Josefina Cano: Cierta Ciencia

Elizabeth Hinde et al. Pair correlation microscopy reveals the role of nanoparticle shape in intracellular transport and site of drug release. Nature Nanotechnology, 2016; DOI: 10.1038/NNANO.2016.160

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