En la película de ciencia ficción Fantastic Voyage de 1966, un submarino se encoge y se inyecta en el cuerpo de un científico para reparar un coágulo de sangre en su cerebro. Si bien la película aún puede ser ficción, los investigadores de Caltech están avanzando en esta dirección:Por primera vez, han creado células bacterianas con la capacidad de reflejar ondas de sonido, que recuerdan cómo los submarinos reflejan el sonar para revelar sus ubicaciones.
El objetivo final es poder inyectar bacterias terapéuticas en el cuerpo de un paciente, por ejemplo, como probióticos para ayudar a tratar enfermedades del intestino o como tratamientos tumorales dirigidos, y luego usar máquinas de ultrasonido para golpear las bacterias modificadas con sonidoondas para generar imágenes que revelen la ubicación de los microbios. Las imágenes informarían a los médicos si los tratamientos llegaron al lugar correcto del cuerpo y funcionaron correctamente.
"Estamos diseñando las células bacterianas para que puedan devolvernos las ondas de sonido y hacernos saber su ubicación de la forma en que un barco o submarino dispersa el sonar cuando otro barco lo está buscando", dice Mikhail Shapiro, profesor asistente de ingeniería química, Schlinger Scholar e Investigador del Instituto de Investigación Médica de Heritage. "Queremos poder preguntarle a la bacteria:" ¿Dónde estás y cómo estás? ". El primer paso es aprender a visualizar y localizar las células, y el siguiente pasoes comunicarse con ellos "
Los resultados se publicarán en la edición del 4 de enero de la revista Naturaleza . El autor principal es Raymond Bourdeau, un ex erudito postdoctoral en el laboratorio de Shapiro.
La idea de usar bacterias como medicina no es nueva. Los probióticos se han desarrollado para tratar afecciones del intestino, como la enfermedad del intestino irritable, y algunos estudios iniciales han demostrado que las bacterias se pueden usar para atacar y destruir las células cancerosas. Pero visualizarestas células bacterianas, así como comunicarse con ellas, tanto para recopilar información sobre lo que está sucediendo en el cuerpo y dar a las bacterias instrucciones sobre qué hacer a continuación, aún no es posible. Técnicas de imagen que dependen de la luz, como tomar fotografías.de las células marcadas con un "gen informador" que codifica la proteína verde fluorescente, solo funciona en muestras de tejido extraídas del cuerpo. Esto se debe a que la luz no puede penetrar en tejidos más profundos como el intestino, donde residirían las células bacterianas.
Shapiro quiere resolver este problema con técnicas de ultrasonido porque las ondas de sonido pueden viajar más profundamente en los cuerpos. Él dice que tuvo un momento de eureka hace unos seis años cuando se enteró de las estructuras de proteínas llenas de gas en las bacterias que habitan en el agua que ayudan a regular los organismos'flotabilidad. Shapiro planteó la hipótesis de que estas estructuras, llamadas vesículas de gas, podrían hacer rebotar las ondas de sonido de manera que las distinga de otros tipos de células. De hecho, Shapiro y sus colegas demostraron que las vesículas de gas se pueden obtener imágenes con ultrasonido en las tripas yotros tejidos de ratones
El siguiente objetivo del equipo fue transferir los genes para fabricar vesículas de gas de las bacterias que habitan en el agua a un tipo diferente de bacterias: Escherichia coli, que se usa comúnmente en la terapéutica microbiana, como los probióticos.
"Queríamos enseñar el E. coli bacterias para fabricar las vesículas de gas por sí mismas ", dice Shapiro." He querido hacer esto desde que nos dimos cuenta del potencial de las vesículas de gas, pero encontramos algunos obstáculos en el camino. Cuando finalmente conseguimos que el sistema funcionara, estábamos extasiados "
Uno de los desafíos a los que se enfrentó el equipo fue la transferencia de la maquinaria genética para las vesículas de gas E. coli . Primero intentaron transferir genes de vesículas de gas aisladas de una bacteria que habita en el agua llamada Anabaena flos-aquae , pero esto no funcionó - el E. coli no pudo producir las vesículas. Intentaron nuevamente usar genes de vesículas de gas de un pariente más cercano de E. coli , una bacteria llamada Bacillus megaterium. Esto tampoco tuvo éxito, porque las vesículas de gas resultantes eran demasiado pequeñas para dispersar eficientemente las ondas sonoras. Finalmente, el equipo probó una mezcla de genes de ambas especies, y funcionó. El E. coli hicieron vesículas de gas por su cuenta.
Los genes de la vesícula de gas codifican proteínas que actúan como ladrillos o grúas en la construcción de la estructura final de la vesícula: algunas de las proteínas son los bloques de construcción de las vesículas, mientras que algunas ayudan a ensamblar las estructuras ". Básicamente, descubrimosde los que necesitamos los ladrillos Anabaena flos-aquae y las grúas de Bacillus megaterium para el E. coli para poder hacer vesículas de gas ", dice Bourdeau.
Experimentos posteriores del equipo demostraron que la ingeniería E. coli de hecho, podría tomarse una imagen y ubicarse dentro de las entrañas de los ratones mediante ultrasonido.
"Este es el primer gen informador acústico para usar en imágenes de ultrasonido", dice Shapiro. "Esperamos que finalmente haga para el ultrasonido lo que la proteína fluorescente verde ha hecho para las técnicas de imagen basadas en la luz, que es realmente revolucionar la imagen decélulas en formas que antes no eran posibles "
Los investigadores dicen que la tecnología debería estar disponible pronto para los científicos que realizan investigaciones en animales, aunque llevará más años desarrollar el método para su uso en humanos.
El Naturaleza el estudio, titulado "Genes informadores acústicos para imágenes no invasivas de microbios en huéspedes mamíferos", fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Canadiense de Investigación en Salud, el Fondo Burroughs Wellcome, la Beca Packard, la Beca Pew, el PatrimonioEl Instituto de Investigación Médica, la Fundación Nacional de Ciencias y el Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá. Otros autores de Caltech incluyen al técnico de investigación Audrey Lee Gosselin, los estudiantes de posgrado Anupama Lakshmanan, Arash Farhadi, Sripriya Ravindra Kumar y la ex estudiante de pregrado Suchita Nety BS'17.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Original escrito por Whitney Clavin. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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