miércoles, 1 de octubre de 2008

La nanotecnología contra el cáncer y el sida

Gracias a un nuevo invento nanotecnológico se han descubierto señales químicas que algunas células del sistema inmunitario utilizan para comunicarse con otras a corta distancia. Las señales descubiertas se originaron en las células dendritas -los centinelas que se encargan de la detección inicial de invasores microscópicos- y fueron recibidas por células-T próximas, que también tienen un papel fundamental en el sistema inmunológico, incluyendo la coordinación de ataques sobre los agentes que causan enfermedad o infección.

El intercambio de señales químicas que se establece cuando las células entran en contacto físico ha sido estudiado a conciencia, pero la comunicación que se establece entre células que no están en contacto directo nunca ha podido ser estudiado debido a que las señales paracrinas están muy localizadas y se producen a niveles hasta ahora indetectables. Una nueva tecnología conocida como nanofisiómetro multi-trampa (MTN) ha permitido comprobar la existencia de esta comunicación sin contacto y es de hecho uno de los primeros aparatos nanotecnológicos que se aplica con éxito al estudio de las señales inmunológicas. La descripción detallada del MTN y la explicación del descubrimiento accidental de las señales paracrinas han sido publicadas por el diario en línea Lab on a Chip. El nuevo invento ha sido desarrollado por un equipo de investigadores del Instituto Vanderbilt para la Investigación y Educación de Biosistemas Integradores liderado por John P. Wikswo, profesor de la Universidad Fordon A. Cain en Vanderbilt.

Según Derya Unutmaz, profesora asociada de microbiología del Colegio de Medicina de la Universidad de Nueva York, se trata de un importante y potencialmente útil avance tecnológico, ya que la habilidad de estudiar el comportamiento de células aisladas no es relevante en el estudio de órganos o músculos, pero sí resulta crucial a la hora de estudiar el sistema inmunológico. La gran vigilancia que ejercen estas células sobre el cuerpo requiere de una comunicación continua entre ellas. Esto se debe a que las células dendritas, células-T y células-B en el sistema inmunológico, que tienden a concentrarse en los ganglios linfáticos, funcionan como células sueltas e individuales. Si las células dendritas detectan invasores en el cuerpo, rápidamente migran a los ganglios linfáticos y deben encontrar y alertar a las correspondientes células-T. Pero cómo las células dendritas atraen a las T-células correctas entre las millones de células que pueblan los ganglios linfáticos sigue siendo un enigma.

Desde hace años los científicos han intentado desarrollar sistemas de análisis para células sueltas. Debido a la dificultad de mantener células normales vivas se han visto forzados a utilizar células genéticamente alteradas con el fin de cultivarlas de forma indefinida. Aunque esta alteración "inmortaliza" la célula, también limita significativamente su utilidad. El MTN es el primer sistema que monitoriza cambios bioquímicos en un elevado número de células normales o primarias durante el estudio aislado y prolongado (más información aquí). El invento consiste en una serie de canales de tamaño capilar moldeados en un plástico especial el cual está pegado al fondo de una lámina de vidrio. Una bomba del tamaño de una caja de zapatos bombea fluido a través de un canal que se abre en una cámara llena de cientos de minúsculos pozos triangulares tan pequeños que atrapan una sola célula. Cuando las células son empujadas río arriba quedan depositadas en los pozos sosteniéndose solo por un hilo de fluido que proviene de agujeros aún más pequeños practicados en el fondo de cada pozo. El control del fluido permite a los científicos mantener las células con vida durante más de 24 horas.

La monitorización de las células la lleva a cabo una cámara digital incorporada a un microscopio, normalmente realizando una fotografía cada 30 segundos. El software añadido permite analizar los movimientos y reacciones de cada célula. Puede grabarse el comportamiento de varias células inyectándose diferentes tintes fluorescentes a cada una de ellas. Por ejemplo, cuando a unas ingenuas células-T se les riega para una respuesta inmunológica, la concentración de calcio en su citoplasma se dispara, de modo que cuando el citoplasma contiene un tinte que se torna fluorescente al entrar en contacto con el calcio, éste brilla lo suficiente como para ser detectado.

El descubrimiento accidental de las señales paracrinas es obra de la estudiante Shannon Faley, ahora investigadora de posgrado de la Universidad de Glasgow (Escocia). Llenó una cámara del nanofisiómetro con células-T humanas y añadió células dendritas maduras. Buscaba comprobar la evidencia científica de la activación de las células-T cuando las células-T y las células dendritas estaban atrapadas en el mismo pozo y entraban en contacto. Este contacto es parte del proceso que permite a las células dendritas llevar información sobre potenciales invasores infecciosos a las células-T, lo que permite crear un ejército de células combatientes para sofocar a los invasores. Sin embargo, Faley se encontró con algo inesperado: algunas células-T que se encontraban atrapadas en pozos aguas abajo y que no tenían contacto directo con las células dendritas comenzaron a brillar también, lo cual le sorprendió sobremanera. Tras esto, Faley llenó una cámara con células dendritas y otra con células-T, y las conectó de modo que el fluido pasara por la primera y luego por la segunda cámara. En ese momento las células-T de la segunda cámara comenzaron a brillar, comprobando de esta manera que las células dendritas maduras estaban liberando un factor químico que activaba las células-T sin depender del contacto directo. Por el momento se desconoce el factor y su función. Según Unutmaz una lógica función de esta señal sería la de atraer las células-T a las células dendritas que tuvieran información importante que darles. Esta suposición está respaldada por la observación de que células dendritas inmaduras no producen este factor pero las maduras que han encontrado un agente patógeno sí.


Cuando Faley intentó duplicar este resultado utilizando técnicas inmunológicas estándar el resultado fue negativo. El método estándar consiste en cultivar células dendritas en un matraz y añadir células-T para observar la reacción. Si la densidad de células es elevada, las células comienzan a envenenarse mutuamente, se quedan sin alimento y mueren, por lo que la práctica estándar deberá ser mantener la densidad lo suficientemente baja como para que las células permanezcan saludables. Esto representa un factor de dilución de 100 comparado con el nanofisiómetro, de modo que el factor producido por las células dendritas estaba demasiado diluido como para activar las células-T. No fue hasta que Faley repitió la prueba con densidades celulares diez veces mayor que se activaron las células-T. Y ahí entra en juego el nanofisiómetro por su capacidad de suspender células en volúmenes extremadamente pequeños que se asemejan a lo que experimentan dentro del cuerpo y por su capacidad de mantenerlas con vida a través del microflujo.

Según Dana Marshall "este hallazgo no solo es importante para conocer más acerca del sistema inmunológico, sino que también es la clave para comprender por qué falla, como en los casos de cáncer, VIH y sida". Ella junto al equipo de Wikswo ha presentado una propuesta para estudiar el triple tumor maligno de mama, uno de los tipos más mortíferos de cáncer de mama. Según Marshall "la habilidad de observar las señales entre células cancerígenas y células inmunológicas es muy valiosa. Según la evidencia científica, el sistema inmunológico intenta reprimir las células tumorales pero falla. Ahora no se sabe por qué, pero si logramos descubrirlo, estaríamos en disposición de establecer tratamientos más eficaces".

Por otra parte, el MTN podría constituir un mejor método para identificar las formas más eficaces de quimioterapia para cada individuo. Con la muestra de una biopsia se podría llenar una cámara con células tumorales y otra con células inmunitarias del paciente, someterlas a distintos tipos de quimioterapia y observar la respuesta de cada grupo de células. Frecuentemente el fracaso de la quimioterapia se debe a que el tumor responde al tratamiento por un periodo de tiempo y luego deja de hacerlo. Este descubrimiento podría permitirnos descubrir por qué.

Fernándo Hernández Cáceres.
Fuente: http://blogs.creamoselfuturo.com

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