Una investigació del CSIC introdueix xips dins de cèl·lules vives com a fàrmacs “mecànics”

Un equip multidisciplinari del CSIC ha introduït xips de silici de 50 nanòmetres de gruix, equivalent a la mil·lèsima part d'un cabell, dins de cèl·lules vives. Aquests dispositius permeten l'estudi dels processos de divisió cel·lular i, fins i tot, es poden dissenyar per interferir amb el cicle cel·lular, impedint la divisió i provocant la mort de les cèl·lules. Aquesta investigació obre noves vies d'exploració en el camp de la nanomedicina.

La investigació, codirigida per l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) i el Centre d'Investigacions Biològiques Margarita Salas (CIB-CSIC), amb participació de l'Institut de Nanociència i Nanotecnologia de la Universitat de Barcelona (IN2UB), ha estat publicada a la revista Advanced Materials.

Tradicionalment, l'avenç en l'estudi del funcionament de les cèl·lules i el tractament de malalties s'ha basat en l'ús d'eines químiques i s'han ignorat les bases físiques del comportament cel·lular. A les darreres dècades però, la comunitat científica ha constatat que per al bon funcionament de les cèl·lules, la part mecànica subjacent al comportament cel·lular és tan important com la seva part química.

En aquest treball es proposa l'ús de nanoxips no sols per a l'estudi de la mecànica cel·lular sinó també per al seu ús com a fàrmacs. Aquests dispositius modifiquen el funcionament normal de les cèl·lules i, si són dissenyats de forma adequada, poden causar la mort de les cèl·lules en les quals entren. D’aquesta forma, si els nanoxips són dirigits a una població cel·lular específica, com les cèl·lules tumorals, podrien emprar-se per a la seva destrucció selectiva sense afectar la resta.

"Els dispositius es poden dissenyar amb formes i dimensions controlades a escala micro i nanomètrica. En particular, els dispositius fabricats tenen forma d'estrella, amb un diàmetre de 22 micrometres i un gruix que va dels 50 fins els 500 nanòmetres. Estan fabricats en silici i la seva geometria en forma d'estrella els fa semblar una malla de nanofibres", explica José Antonio Plaza, investigador de l'IMB-CNM-CSIC i coordinador del projecte.

Aquests dispositius han estat desenvolupats a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació de l'IMB-CNM-CSIC, una Infraestructura Científica i Tècnica Singular (ICTS) del Ministeri de Ciència i Innovació. "La capacitat de fabricar milions de xips de silici de mida i forma rigorosament especificades permetrà el disseny de noves eines que facilitaran l'exploració de la mecànica cel·lular des de perspectives innovadores, contribuint així al coneixement dels processos intracel·lulars", afegeix María Isabel Arjona, investigadora del IMB-CNM-CSIC, sobre les noves vies que obre aquest estudi.

Amb aquesta investigació es mostra com objectes físics poden interferir mecànicament en el cicle cel·lular i l’alteren. "Impedir la divisió cel·lular o retardar-la gràcies a un obstacle mecànic pot ocasionar la mort cel·lular i ser clau en futurs tractaments medics. La nostra investigació demostra que aquestes eines podrien constituir un punt de partida nou per a l'estudi de diferents malalties, com ara el càncer", diu Teresa Suárez, investigadora del CIB-Margarita Salas.

Aquesta investigació ha estat finançada íntegrament amb ajudes públiques de recerca del Govern d'Espanya, a través dels projectes CELLSKEL (TEC2013-49238-EXP), MINAHE6 (TEC2017-85059-C3), i MINAHE7 (PID2020-115663GB-C3) del Pla Estatal de R+D+i.

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., Intracellular Mechanical Drugs Induce Cell-Cycle Altering and Cell Death. Advanced Materials. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.202109581

Galeria:

• 01: Exèrcit de xips de silici en forma d'estrella en una població de cèl·lules HeLa | CSIC.
• 02: Xip de silici en forma d'estrella | CSIC.
• 03: Cèl·lula HeLa amb un xip de silici en forma d'estrella a l'interior | CSIC.