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Por primera vez, un equipo de investigadores ha encontrado una manera de inyectar una dosis precisa de un agente terapéutico génico directamente en una célula viva, sin aguja.

El doctor L. James Lee, y sus colaboradores de la Universidad Estatal de Ohio, han descrito la técnica en la revista Nature Nanotechnology, donde informan de que han insertado correctamente una dosis específica de un gen contra el cáncer en células de la leucemia, con el objetivo de destruirlas.

Los científicos han denominado el método "electroporación nanocanal", o NEP. La NEP permite investigar cómo los fármacos y biomoléculas afectan a la biología celular y a las vías genéticas a un nivel nunca igualado por otras técnicas existentes, afirma Lee, profesor de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio.

Desde hace tiempo existen formas de insertar biomaterial en grandes cantidades de células para terapia génica. Las agujas finas pueden inyectar cantidades específicas de material en células de gran tamaño, pero la mayoría de las células humanas son muy pequeñas. NEP soluciona el problema con la suspensión de una célula dentro de un dispositivo electrónico, con un depósito de agente terapéutico cercano. Los pulsos eléctricos empujan al agente del depósito a un canal nanométrico, a través de la pared celular, hasta la célula. Los investigadores controlan la dosis ajustando el número de pulsos y el ancho del canal.

Lee desarrolló la técnica para desenrollar cadenas de ADN, formándolas en patrones precisos para que funcionen como conductores, lo que podría tener aplicaciones en biología basada en la electrónica y en los dispositivos médicos. Sin embargo, para este estudio, los filamentos de ADN recubiertos de oro, tras estirarse, abrían un nanocanal entre los depósitos del dispositivo polimérico.

Los electrodos de los canales convierten el dispositivo en un circuito pequeño, y los pulsos eléctricos de unos pocos cientos de voltios viajan desde el depósito, con el agente terapéutico, a través del nanocanal, hasta un segundo depósito en la célula; esto crea un fuerte campo eléctrico a la salida del nanocanal, que interactúa con la carga eléctrica natural de las células para forzar la apertura de un agujero en la membrana celular, lo suficientemente grande como para permitir la entrada del agente terapéutico, pero lo suficientemente pequeño como para evitar la muerte de la célula.

En las ensayos, los científicos fueron capaces de insertar agentes dentro de las células en tan sólo milésimas de segundo. En primer lugar, etiquetaron fragmentos de ADN sintético, con moléculas fluorescentes, y utilizaron NEP para insertarlos en células inmunológicas humanas. Después de un solo pulso de 5 milisegundos, comenzaron a ver puntos de fluorescencia repartidos dentro de las células.

Para probar si la NEP podía aportar agentes terapéuticos activos, se insertaron trozos de ARN terapéutico en células de leucemia; los científicos observaron entonces que pulsos de 5 milisegundos aportaron suficiente ARN como para destruir  algunas de las células, pulsos más largos, en torno a 10 milisegundos, destruyeron a casi todas estas células.

Por el momento, el proceso es más adecuado para la investigación de laboratorio, opina Lee, debido a que sólo funciona en una célula, o en unas pocas, a la vez. Pero el científico y su equipo están trabajando en formas de llegar a más células de manera simultánea; actualmente están desarrollando un sistema mecánico para poder inyectar hasta 100.000 células a la vez, lo que potencialmente podría ayudar al diagnóstico clínico y a posibles tratamientos.

"Esperamos que el NEP pueda convertirse en una herramienta para detección temprana del cáncer y su tratamiento, por ejemplo, insertando cantidades precisas de genes o proteínas en células madre o células del sistema inmune para guiar su diferenciación y sus cambios, sin riesgo de sobredosis,  y luego colocando de nuevo las células en el cuerpo para realizar una terapia celular", añade Lee.

Por primera vez, un equipo de investigadores ha encontrado una manera de inyectar una dosis precisa de un agente terapéutico génico directamente en una célula viva, sin aguja.

El doctor L. James Lee, y sus colaboradores de la Universidad Estatal de Ohio, han descrito la técnica en la revista Nature Nanotechnology, donde informan de que han insertado correctamente una dosis específica de un gen contra el cáncer en células de la leucemia, con el objetivo de destruirlas.

Los científicos han denominado el método "electroporación nanocanal", o NEP. La NEP permite investigar cómo los fármacos y biomoléculas afectan a la biología celular y a las vías genéticas a un nivel nunca igualado por otras técnicas existentes, afirma Lee, profesor de Ingeniería Química y Biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio.

Desde hace tiempo existen formas de insertar biomaterial en grandes cantidades de células para terapia génica. Las agujas finas pueden inyectar cantidades específicas de material en células de gran tamaño, pero la mayoría de las células humanas son muy pequeñas. NEP soluciona el problema con la suspensión de una célula dentro de un dispositivo electrónico, con un depósito de agente terapéutico cercano. Los pulsos eléctricos empujan al agente del depósito a un canal nanométrico, a través de la pared celular, hasta la célula. Los investigadores controlan la dosis ajustando el número de pulsos y el ancho del canal.

Lee desarrolló la técnica para desenrollar cadenas de ADN, formándolas en patrones precisos para que funcionen como conductores, lo que podría tener aplicaciones en biología basada en la electrónica y en los dispositivos médicos. Sin embargo, para este estudio, los filamentos de ADN recubiertos de oro, tras estirarse, abrían un nanocanal entre los depósitos del dispositivo polimérico.

Los electrodos de los canales convierten el dispositivo en un circuito pequeño, y los pulsos eléctricos de unos pocos cientos de voltios viajan desde el depósito, con el agente terapéutico, a través del nanocanal, hasta un segundo depósito en la célula; esto crea un fuerte campo eléctrico a la salida del nanocanal, que interactúa con la carga eléctrica natural de las células para forzar la apertura de un agujero en la membrana celular, lo suficientemente grande como para permitir la entrada del agente terapéutico, pero lo suficientemente pequeño como para evitar la muerte de la célula.

En las ensayos, los científicos fueron capaces de insertar agentes dentro de las células en tan sólo milésimas de segundo. En primer lugar, etiquetaron fragmentos de ADN sintético, con moléculas fluorescentes, y utilizaron NEP para insertarlos en células inmunológicas humanas. Después de un solo pulso de 5 milisegundos, comenzaron a ver puntos de fluorescencia repartidos dentro de las células.

Para probar si la NEP podía aportar agentes terapéuticos activos, se insertaron trozos de ARN terapéutico en células de leucemia; los científicos observaron entonces que pulsos de 5 milisegundos aportaron suficiente ARN como para destruir  algunas de las células, pulsos más largos, en torno a 10 milisegundos, destruyeron a casi todas estas células.

Por el momento, el proceso es más adecuado para la investigación de laboratorio, opina Lee, debido a que sólo funciona en una célula, o en unas pocas, a la vez. Pero el científico y su equipo están trabajando en formas de llegar a más células de manera simultánea; actualmente están desarrollando un sistema mecánico para poder inyectar hasta 100.000 células a la vez, lo que potencialmente podría ayudar al diagnóstico clínico y a posibles tratamientos.

"Esperamos que el NEP pueda convertirse en una herramienta para detección temprana del cáncer y su tratamiento, por ejemplo, insertando cantidades precisas de genes o proteínas en células madre o células del sistema inmune para guiar su diferenciación y sus cambios, sin riesgo de sobredosis,  y luego colocando de nuevo las células en el cuerpo para realizar una terapia celular", añade Lee.