MicroHerramientas para el Estudio de Células Vivas

Abstract

La mayoría de las técnicas actuales para el estudio celular se basan en el análisis de poblaciones celulares y proporcionan resultados que corresponden a valores promedio de toda la población. Sin embargo, multitud de estudios indican la existencia de una variabilidad substancial entre células fenotípicamente similares, y evidencian la necesidad de disponer de sistemas adecuados para el estudio de células individuales. Esta necesidad ha motivado la aparición de trabajos interdisciplinarios entre el campo de la biología y otras áreas de conocimiento como la microelectrónica, que permite desarrollar estructuras y dispositivos tridimensionales con formas complejas a micro y nanoescala. Este trabajo se enmarca dentro de un proyecto de investigación más amplio que tiene como objetivo principal diseñar y fabricar BioMEMS (sistemas microelectromecánicos para aplicaciones biológicas) que permitan el estudio individualizado de células vivas desde su interior o su exterior. Estos dispositivos, en el futuro, deberán ser capaces de llevar a cabo diversas funciones, detectar parámetros celulares y actuar en consecuencia. Los estudios realizados en este trabajo corresponden a la fase inicial del proyecto, y pretenden sentar las bases para el desarrollo de BioMEMS de tamaño subcelular que puedan ser interiorizados en células para aplicaciones en célula única viva. Basándonos en este objetivo principal, se seleccionó el silicio como material apropiado para la fabricación de MEMS y biocompatible en condiciones extracelulares. Utilizando líneas celulares establecidas en cultivo con capacidad fagocítica, se analizó la vía de interiorización, el destino intracelular y la citotoxicidad de micropartículas con base de silicio fabricadas mediante técnicas de la industria microelectrónica. Como prueba definitiva, el efecto citotóxico de estas partículas en el interior celular también se evaluó utilizando embriones de ratón en estadio preimplantacional, extremadamente sensibles a cualquier alteración. Una vez validado el material, como primera aplicación y para demostrar la utilidad de estos dispositivos en estudios de célula única viva, nos propusimos diseñar un sistema de etiquetaje individual de células. Se diseñaron micropartículas que integraban unidades de información básica, y mediante este sistema fue posible etiquetar y trazar células vivas en cultivo con capacidad fagocítica. Finalmente, con tal de poder hacer extensiva esta aplicación a cualquier tipo celular, se optimizó un sistema de modificación química de la superficie de estas micropartículas con moléculas específicas (anticuerpos y lectinas). Las micropartículas modificadas se utilizaron para etiquetar y seguir células vivas e cultivo sin capacidad fagocítica. En el futuro, la utilización del sistema de modificación química de micropartículas desarrollado en el presente trabajo abre la posibilidad de dirigir los dispositivos hacia estructuras celulares concretas (membrana plasmática, núcleo, etc.) pero también de usarlos para la detección de moléculas específicas presentes en las células (por ejemplo la activación de caspasas, el incremento de ROS o las variaciones de concentración de Ca2+). Los resultados obtenidos, por lo tanto, abren una nueva vía de investigación prometedora, significan un progreso en el campo de estudio de los BioMEMS, y son la base para el diseño de futuros dispositivos intracelulares para el análisis de parámetros en célula única in situ.