La membrana que rodea a las células actúa como una barrera selectiva, acunando y protegiendo el contenido de la célula del entorno externo y eligiendo qué sustancias permitir que entren o salgan de la célula. Por lo tanto, los científicos han luchado por diseñar métodos eficientes para administrar nanomateriales, como el ADN, proteínas y drogas, en las células.
Ahora, investigadores de la Universidad de Corea, en colaboración con la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, han desarrollado un método de entrega rápido y eficiente que utiliza el poder de un pequeño vórtice de fluido para deformar las membranas celulares.fueron publicados recientemente en la revista ACS Nano .
"Los métodos actuales adolecen de numerosas limitaciones, incluidos problemas de escalabilidad, costo, baja eficiencia y citotoxicidad", dijo el profesor Aram Chung, de la Escuela de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Corea, quien dirigió el estudio. "Nuestro objetivo era utilizar microfluídica,donde explotamos el comportamiento de pequeñas corrientes de agua, para desarrollar una nueva solución poderosa para el suministro intracelular ".
El nuevo dispositivo, un chip microfluídico llamado 'hidroporador en espiral', puede entregar nanomateriales en alrededor de un millón de células por minuto, con hasta un 96% de eficiencia. Además, todo el proceso se logra sin dañar irreversiblemente las células, conhasta el 94% de las células que sobreviven al proceso.
"Los chips son realmente asequibles y fáciles de usar", dijo el profesor Chung. "Simplemente bombea un fluido que contiene las células y los nanomateriales en dos extremos, y las células, que ahora contienen el nanomaterial, fluyen fuera delotros dos extremos. Todo el proceso lleva solo un minuto "
siguiendo la corriente
Para crear el dispositivo, los científicos diseñaron los canales en el chip microfluídico en una configuración específica, con una unión cruzada en el centro del chip y dos uniones en T arriba y abajo.
Cuando los científicos de la Universidad de Corea estudiaron por primera vez cómo las diferentes geometrías de canales y las tasas de flujo afectaron a las células, un escenario específico, una unión cruzada donde las corrientes de fluido de flujo moderado colisionaron desde direcciones opuestas, se destacó como peculiar.
"Vimos un comportamiento realmente interesante exhibido por las células, donde bailaron en el centro del canal cruzado", dijo el profesor Chung.
Al agregar un tinte fluorescente en una de las corrientes de fluido, los investigadores descubrieron que se había formado un vórtice espiral.
"Queríamos comprender completamente la mecánica de fluidos que causa este efecto, y la Unidad de Micro / Bio / Nanofluidos dirigida por la Profesora Amy Shen en OIST ya estaba trabajando en el problema", agregó la Profesora Chung.
Por lo tanto, los dos grupos de científicos se unieron. Usando la supercomputadora OIST, la unidad OIST desarrolló y ejecutó simulaciones de cómo las corrientes de fluido opuestas interactuaban en la unión cruzada, a diferentes velocidades de flujo.
"A una velocidad de flujo baja, encontramos que las dos corrientes de fluido entrantes se separaron simétricamente y fluyeron lejos de la unión cruzada, como se documenta en la literatura", dijo el científico de OIST, Dr. Simon Haward. "Sin embargo, a medida queaumentó la velocidad de flujo, vimos surgir inestabilidades que causaron la formación de múltiples vórtices, que finalmente se fusionaron en un gran vórtice espiral ".
"Nuestra simulación explicó los fenómenos inusuales que el grupo de Chung había observado y mostró exactamente cómo ciertos parámetros, como la velocidad de flujo, afectaron la formación de vórtices", agregó el investigador postdoctoral de OIST, Dr. Daniel Carlson.
La formación del vórtice es clave para la entrega rápida y efectiva de nanomateriales en las células. A medida que cada célula pasa al centro de la unión cruzada, la fuerza del vórtice espiral deforma la célula, provocando que surjan pequeños agujeros.la membrana. Los nanomateriales en el fluido pueden moverse dentro de la célula a través de estos nanoholes. Luego, las células se alejan de la unión cruzada y chocan con las paredes de las uniones en T, lo que provoca una mayor deformación de la membrana celular.y aumenta la eficiencia del suministro. Después de la deformación, los nanoholes en la membrana se vuelven a sellar y se repara la membrana.
Impulso de la investigación en biología celular
Utilizando la hidroporación en espiral, el equipo de la Universidad de Corea pudo entregar nanomateriales específicos en las células, incluidas las nanopartículas de ARN y oro.
Una entrega más eficiente y de bajo costo de ADN, ARN y proteínas como CRISPR-Cas9 en un gran número de células podría ayudar a la investigación en temas que incluyen terapia génica, inmunoterapia contra el cáncer y células madre, dijo Chung.
Las nanopartículas de oro también se pueden usar para administrar medicamentos, moléculas de imagen y orgánulos dentro de las células, y para diagnosticar enfermedades.
"En general, hay una gran variedad de aplicaciones para la hidroporación en espiral y el interés en el chip ha sido muy alto", dijo el profesor Chung. "Los investigadores necesitan un medio de entrega intracelular más eficiente, simple, rápido y de bajo costo -nuestro chip es una gran nueva vía para lograr ese objetivo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Original escrito por Dani Ellenby. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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