Los investigadores han desarrollado una 'membrana en un chip' de células humanas que permite un monitoreo continuo de cómo las drogas y los agentes infecciosos interactúan con nuestras células, y pronto se pueden usar para evaluar posibles candidatos a drogas para COVID-19.
Los investigadores, de la Universidad de Cambridge, la Universidad de Cornell y la Universidad de Stanford, dicen que su dispositivo podría imitar cualquier tipo de célula: bacteriana, humana o incluso las paredes celulares duras de las plantas. Su investigación se centró recientemente en cómo COVID-19 ataca a los humanosmembranas celulares y, lo que es más importante, cómo se puede bloquear.
Los dispositivos se han formado en chips al tiempo que preservan la orientación y la funcionalidad de la membrana celular y se han utilizado con éxito para controlar la actividad de los canales iónicos, una clase de proteína en las células humanas que son el objetivo de más del 60% de los aprobadosproductos farmacéuticos. Los resultados se publican en dos artículos recientes en Langmuir y ACS Nano .
Las membranas celulares desempeñan un papel central en la señalización biológica, controlando todo, desde el alivio del dolor hasta la infección por un virus, actuando como el guardián entre una célula y el mundo exterior. El equipo se propuso crear un sensor que preserva todos los aspectos críticosde una membrana celular estructura, fluidez y control sobre el movimiento de iones sin los pasos que requieren mucho tiempo para mantener viva una célula.
El dispositivo utiliza un chip electrónico para medir cualquier cambio en una membrana suprayacente extraída de una célula, lo que permite a los científicos comprender de forma segura y fácil cómo interactúa la célula con el mundo exterior.
El dispositivo integra membranas celulares con electrodos y transistores de polímeros conductores. Para generar las membranas en el chip, el equipo de Cornell primero optimizó un proceso para producir membranas a partir de células vivas y luego, trabajando con el equipo de Cambridge, las introdujo en electrodos poliméricos enuna manera que preservó toda su funcionalidad. Los polímeros conductores hidratados proporcionan un ambiente más 'natural' para las membranas celulares y permiten un monitoreo robusto de la función de la membrana.
El equipo de Stanford optimizó los electrodos poliméricos para monitorear los cambios en las membranas. El dispositivo ya no depende de células vivas que a menudo son técnicamente difíciles de mantener vivas y requieren una atención significativa, y las mediciones pueden durar un período de tiempo prolongado.
"Debido a que las membranas se producen a partir de células humanas, es como una biopsia de la superficie de esa célula; tenemos todo el material que estaría presente, incluidas proteínas y lípidos, pero ninguno de los desafíos de usar células vivas", dijo el Dr.Susan Daniel, profesora asociada de ingeniería química y biomolecular en Cornell y autora principal del artículo de Langmuir.
"Este tipo de examen generalmente lo realiza la industria farmacéutica con células vivas, pero nuestro dispositivo ofrece una alternativa más fácil", dijo el Dr. Róisín Owens, del Departamento de Ingeniería Química y Biotecnología de Cambridge, y autor principal del ACS Nano papel. "Este método es compatible con el cribado de alto rendimiento y reduciría la cantidad de falsos positivos que se introducen en la línea de investigación y desarrollo".
"El dispositivo puede ser tan pequeño como el tamaño de una célula humana y fabricarse fácilmente en matrices, lo que nos permite realizar múltiples mediciones al mismo tiempo", dijo la Dra. Anna-Maria Pappa, también de Cambridge y primera autora conjunta enambos papeles
Hasta la fecha, el objetivo de la investigación, con el apoyo de fondos de la Agencia de Proyectos de Investigación de Defensa de los Estados Unidos DARPA, ha sido demostrar cómo los virus como la influenza interactúan con las células. Ahora, DARPA ha proporcionado fondos adicionales para probar el dispositivoefectividad en la detección de posibles candidatos a fármacos para COVID-19 de una manera segura y efectiva.
Dados los riesgos significativos involucrados para los investigadores que trabajan en SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19, los científicos en el proyecto se enfocarán en hacer membranas de virus y fusionarlos con los chips. Las membranas de virus son idénticas al SARS-Membrana CoV-2, pero no contiene el ácido nucleico viral. De esta manera, se pueden identificar nuevos medicamentos o anticuerpos para neutralizar los picos de virus que se utilizan para ingresar a la célula huésped. Se espera que este trabajo comience el 1 de agosto.
"Con este dispositivo, no estamos expuestos a entornos de trabajo riesgosos para combatir el SARS-CoV-2. El dispositivo acelerará la detección de candidatos a fármacos y responderá preguntas sobre cómo funciona este virus", dijo el Dr. Han-YuanLiu, investigador de Cornell y primer autor conjunto en ambos artículos.
El trabajo futuro se centrará en aumentar la producción de los dispositivos en Stanford y automatizar la integración de las membranas con los chips, aprovechando la experiencia en fluidos de Stanford PI Juan Santiago, que se unirá al equipo en agosto.
"Este proyecto fusionó ideas y conceptos de laboratorios en el Reino Unido, California y Nueva York, y mostró un dispositivo que funciona de forma reproducible en los tres sitios. Es un gran ejemplo del poder de integrar la biología y la ciencia de los materiales para abordar el problema globalproblemas ", dijo el profesor de PI de Stanford, Alberto Salleo.
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