Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

La petrificación de células y órganos, una nueva esperanza

Los Laboratorios Nacionales Sandia, en Albuquerque, New Mexico, Estados Unidos tienen un gran prestigio internacional. Uno de sus equipos de investigación está desarrollando una nueva técnica cuyas primeras aplicaciones están demostrando su gran utilidad en una gran variedad de investigaciones biológicas, desde el cáncer, las células madre o la fabricación de los hilos de seda por las araña

La petrificación de células y órganos, una nueva esperanza
Los Laboratorios Nacionales Sandia, en Albuquerque, New Mexico, Estados Unidos tienen un gran prestigio internacional. Uno de sus equipos de investigación está desarrollando una nueva técnica cuyas primeras aplicaciones están demostrando su gran utilidad en una gran variedad de investigaciones biológicas, desde el cáncer, las células madre o la fabricación de los hilos de seda por las arañas.
 
¿En qué consiste?. En la obtención de un avatar, una réplica o una copia idéntica de un material biológico tal como una célula o un órgano en forma petrificada, permanente cuyo único componente es sílice.
 
La novedad e interés del método ha hecho que haya sido objeto de varias publicaciones en revistas tan prestigiosas como los  Proceedings of the National Academy of Sciences, el Journal of the American Chemical Society y, hoy mismo, 8 de diciembre del 2014, en Nature Communications.
 
La idea original surgió cuando un estudiante postdoctoral, Jason Townson, trabajando bajo las órdenes de Bryan Kaehr, descubrió una propiedad inesperada en las suspensiones de sílice que estaban usando y ello era que a un pH suficientemente bajo las moléculas de sílice, en lugar de unirse entre sí, recubrían con una finísima capa las superficies sobre las que descansaban. Kaehr se preguntó: ¿Qué sucedería si la suspensión de sílice bañase una estructura biológica? Los investigadores pusieron células vivas procedentes de un cultivo celular en una solución de sílice y dejaron que la mezcla se endureciese durante la noche. Luego elevaron la temperatura lo suficiente para que se quemase todo el biomaterial existente. La gran sorpresa consistió en comprobar que lo que quedó, eran no las células originales sino otras perfectamente replicadas, con todas sus particularidades, incluso su interior, pero en las que su único material constituyente era sílice, ordenadas como hileras de pequeñas casitas de vidrio.
Asombroso fue comprobar también que eran posibles las réplicas no solo de células cultivadas sino de órganos enteros como el bazo o porciones de un animal como la pata de un pollo. Las sorpresas continuaron ya que si se rompía alguna de estas estructuras complejas y se examinaba con un microscopio electrónico se comprobaba que también se habían replicado no sólo el exterior sino los orgánulos nanoscópicos intracelulares.
 
Se había descubierto una manera de crear una réplica casi perfecta de sílice de un organismo biológico, desde su forma general a sus nanoestructuras.
 
La pregunta es obvia: ¿para qué hacer copias inorgánicas, si disponemos de los originales biológicos?  En primer lugar, las copias son fuertes y estables y pueden ser examinadas  por períodos más largos y con herramientas más potentes. Ello ha posibilitado, por ejemplo, que científicos de Filandia hayan creado modelos tridimensionales en diversos momentos a lo largo de la transformación de las células madre hasta su forma final, lo que permitirá saber más sobre ese proceso de transformación. Otro ejemplo diferente es el del estudio de la acción anticancerosa de nanopartículas específicas para ello. En este caso con la microscopía óptica, es muy difícil conocer esas interacciones en un contexto tridimensional. Algunos investigadores lo están haciendo ahora, mediante esta nueva técnica de bioreplicación, pues las muestras pueden ser diseccionadas e investigadas con microscopios electrónicos con una mejor resolución a nanoescala en 3-D de las interacciones. Una tercera posibilidad es la de ayudar a estudiar material biológico delicado modificable, como es el caso de algunos cánceres, usando en lugar del original la copia en sílice.
 
Y una aplicación industrial, curiosa, consistió en convertir células rojas sanguíneas (de desechos de mataderos), con su típica forma semejante a un donut, adicionándoles ciertas sustancias químicas, para darles una forma de esfera con punta. Tras hacer la bioreplicación con sílice de estas esferas puntiagudas obtuvieron unas micropartículas que han sido calificadas como muy útiles por las empresas de neumáticos que rutinariamente insertan esferas de sílice en su mezcla de fabricación de neumáticos para dotarles de una fuerza adicional. En general, dada la diversidad de puntos de partida biológicos, desde microorganismos a órganos, las posibilidades de esta nueva técnica comentada para obtener aplicaciones útiles son muy grandes.
 
En el artículo que hoy publica la revista Nature Communications, el equipo investigador de Kaehr parte de un hígado, sumergido en una solución de sílice que, después, se calentó anaeróbicamente para conseguir el duplicado de sílice endurecida del hígado original desde la escala de  centímetros a la de nanómetros. Otra consecución estudiada es la réplica de embrión de pollo.
 
Más aún, los millones de años de evolución han creado estructuras vivas muy eficaces. El procedimiento ofrece la posibilidad de conocerlas con mayor exactitud para poderlas aplicar en los instrumentos de la vida corriente. Como explica Kaehr: “Pensemos en los electrodos de una batería, una estructura tridimensional que se tropieza con problemas de absorción y difusión. Pero en nuestros hígados y bazos, por ejemplo, la evolución ya ha optimizado la absorción y difusión en una organización tridimensional. El hígado es un órgano maravillosamente eficaz con gran área superficial para la absorción y una capacidad sin precedentes para liberar materiales a canales que van desde grandes arterias a capilares de unos pocos micrómetros de ancho…Si pudiésemos trasladar la estructura jerárquica de un hígado a un electrodo, en lugar de tener sólo una pieza pasiva de material sólido, tendríamos una mayor área de superficie por unidad de volumen, con mayor almacenamiento de energía optimizada”.  
 
Más en:
 
http://www.nature.com/ncomms/2014/141208/ncomms6665/full/ncomms6665.html
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