Los investigadores de la Universidad de Duke han descubierto una forma de mejorar la efectividad y la seguridad de la sonogenética o la modulación ultrasónica, técnicas emergentes que utilizan ondas sonoras para controlar el comportamiento de las neuronas individuales o para promover el crecimiento de tejidos y la cicatrización de heridas en otras células.
La terapia ultrasónica a menudo utiliza ondas de ultrasonido dirigidas para crear burbujas de cavitación: pequeños globos de bolsas de aire que oscilan rápidamente que estiran las membranas celulares cercanas cuando explotan. Este estiramiento puede activar los canales de iones de calcio, haciendo que una neurona se dispare o puede indicar al cuerpoMecanismos de reparación para arrancar a toda marcha.
Sin embargo, si una burbuja es demasiado grande o demasiado cercana, la técnica puede dañar o destruir las células cercanas. Si bien este puede ser el resultado deseado en aplicaciones como la terapia contra el cáncer, los investigadores de sonogenética generalmente quieren evitar el daño.
En un nuevo estudio, los ingenieros biomédicos descubrieron que al unir microesferas a los receptores en la superficie de la célula, pueden producir los efectos de estiramiento celular y liberación de calcio de la técnica de manera mucho más segura.
Los resultados aparecieron en línea la semana del 25 de diciembre de 2017 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Para que se abran los canales iónicos y los poros en la membrana de una célula, normalmente hay que estirarla muy fuerte y muy rápido", dijo Pei Zhong, profesor de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales de Anderson-Rupp en Duke. "Pero nosotrosdescubrió que unir microperlas a la superficie de la célula amplifica la respuesta de la célula durante la cavitación y produce el mismo resultado con mucho menos riesgo de daño celular ".
Producido cuando una fuerza crea un vacío en el líquido, las burbujas de cavitación pueden ser lo suficientemente potentes como para causar daños severos a las hélices de los barcos. Si bien las burbujas de cavitación creadas durante los procedimientos médicos no son tan fuertes, aún pueden causar mucho daño. YDebido a su velocidad y aleatoriedad, es muy difícil estudiar sus efectos en las células cercanas.
El nuevo estudio es el primero en utilizar una plataforma experimental que el equipo de Zhong construyó en 2015 para estudiar la sonoporación que produce de manera confiable burbujas de cavitación en tándem exactamente en el mismo lugar cada vez. Al colocar diferentes tipos de células a varias distancias de las burbujas, los investigadorespuede comenzar a explorar los detalles de cómo responden las células.
Para el primer estudio de seguimiento que utilizó la plataforma, Zhong eligió observar la señalización de calcio.
"La señalización de calcio regula muchas funciones celulares importantes, como la contracción muscular, la comunicación neuronal, la transcripción genética y el crecimiento de tejidos", dijo Fenfang Li, investigador postdoctoral en el laboratorio de Zhong y autor principal del estudio. "Estudios anteriores han demostrado que la sonogenéticay la sonoporación provoca una respuesta de calcio, que puede hacer que las neuronas se disparen o promover la curación en otras células, por lo que queríamos mirar más de cerca "
Los resultados mostraron que las burbujas de cavitación en realidad producen dos tipos de respuestas de calcio: ondas lentas y ondas rápidas. Pero lo más interesante es que el estudio mostró que las microperlas unidas a la superficie de la célula pueden atrapar parte de la energía de las burbujas para que tiren de la membrana.superficie. Esto proporciona una deformación más localizada, y una respuesta de calcio más fuerte, de una onda más lenta y suave.
"Esta estrategia puede estimular las células a una distancia segura de las burbujas de cavitación", dijo Zhong. "El enfoque debería facilitar mucho a los investigadores el uso seguro de la sonogenética en las terapias humanas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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