La imagen muestra células humanas (en verde) en nanoagujas (naranja). Los nanoagujas han inyectado ADN en los núcleos de las células (en azul). La imagen fue tomada por los investigadores con microscopía óptica. Fuente: Imperial College London.
Un equipo de investigadores del Houston Methodist Research Institute de EEUU y del Imperial College de Londres ha desarrollado unas pequeñas nanoagujas que impulsan a nuevos vasos sanguíneos a desarrollarse. El sistema ha sido probado con éxito en ratones, informa el Imperial College London en un comunicado.
Los investigadores esperan que esta técnica ayude, en un futuro, a hacer que órganos y nervios dañados se reparen a sí mismos y a que los órganos trasplantados prosperen.
Las nanoagujas funcionan liberando ácidos nucleicos a un área específica. Estos ácidos son los componentes básicos de todos los organismos vivos; y se encargan de codificar, transmitir y expresar la información genética. Los científicos están investigando formas de utilización de estos ácidos para reprogramar las células y que estas lleven a cabo diferentes funciones.
Las nanoagujas, por otra parte, son pequeñas estructuras porosas que actúan como una esponja, para cargar significativamente más ácidos nucleicos que cualquier estructura sólida. Esto hace que sean más eficaces en la liberación de su carga útil. Pueden penetrar en la célula, sin pasar por su membrana externa, para liberar los ácidos nucleicos sin dañar o matar a la célula.
Por último, las nanoagujas están hechas de silicio biodegradable, lo que significa que se pueden dejar en el cuerpo sin riesgo tóxico. El silicio se degrada en aproximadamente dos días, dejando sólo una cantidad insignificante de una sustancia inofensiva llamada ácido ortosilícico.
Los investigadores esperan que esta técnica ayude, en un futuro, a hacer que órganos y nervios dañados se reparen a sí mismos y a que los órganos trasplantados prosperen.
Las nanoagujas funcionan liberando ácidos nucleicos a un área específica. Estos ácidos son los componentes básicos de todos los organismos vivos; y se encargan de codificar, transmitir y expresar la información genética. Los científicos están investigando formas de utilización de estos ácidos para reprogramar las células y que estas lleven a cabo diferentes funciones.
Las nanoagujas, por otra parte, son pequeñas estructuras porosas que actúan como una esponja, para cargar significativamente más ácidos nucleicos que cualquier estructura sólida. Esto hace que sean más eficaces en la liberación de su carga útil. Pueden penetrar en la célula, sin pasar por su membrana externa, para liberar los ácidos nucleicos sin dañar o matar a la célula.
Por último, las nanoagujas están hechas de silicio biodegradable, lo que significa que se pueden dejar en el cuerpo sin riesgo tóxico. El silicio se degrada en aproximadamente dos días, dejando sólo una cantidad insignificante de una sustancia inofensiva llamada ácido ortosilícico.
Logros alcanzados
En un experimento descrito en la revista Nature Materials, el equipo de científicos ha demostrado que se pueden liberar ácidos nucleicos de ADN y ácidos nucleicos de interferencia (siRNA) en células humanas, en laboratorio y con la ayuda de sus nanoagujas.
También han demostrado que se pueden suministrar ácidos nucleicos en los músculos del lomo de ratones, con esta misma técnica. En este caso, tras siete días, se produjo un incremento de seis veces en la formación de nuevos vasos sanguíneos en el ratón.
Además, esos nuevos vasos sanguíneos siguieron formándose durante un período de 14 días. La técnica, por otro lado, no causa inflamación u otros efectos secundarios dañinos.
Futuras aplicaciones
La esperanza es que, algún día, se pueda promover la generación de nuevos vasos sanguíneos con nanoagujas, para proporcionar a humanos órganos de transplante o futuros implantes de órganos artificiales con las necesarias conexiones con el resto del cuerpo, de manera que esos órganos puedan funcionar correctamente y con una posibilidad mínima de rechazo. En este sentido, las nanoagujas representan "un salto cualitativo con respecto a otras tecnologías existentes para la liberación de material genético a las células y tejidos", afirman los investigadores.
Pero, además, "al obtener acceso directo al citoplasma de la célula" -con esta técnica- "hemos logrado una eficiencia increíblemente alta de reprogramación genética". Esto "permitirá personalizar tratamientos para cada paciente, lo que nos da un sinfín de posibilidades para la detección, el diagnóstico y la terapia. Y todo gracias a unas estructuras diminutas que son hasta 1.000 veces más pequeñas que un cabello humano", añaden.
El grupo de investigación aspira ahora a desarrollar un material similar a un vendaje flexible que contenga a las nanoagujas, para su aplicación en distintas partes del cuerpo, interna o externamente. En el área cubierta con este vendaje, las nanoagujas liberarían los ácidos nucleicos necesarios para reparar y restablecer la programación celular.
Esto serviría, por ejemplo, para curar zonas de la piel quedamas (las nanoagujas reprogramarían las células de esas áreas para que la lesión se recuperase con tejido funcional, en lugar de formar una cicatriz) o para cubrir órganos e implantes incorporados al cuerpo, y así promover su integración sana en el organismo.
Nanoagujas e invisibilidad
Previamente, habíamos visto utilizar las nanoagujas para conseguir la invisibilidad. En 2007. un equipo de ingenieros estadounidenses diseñó un prototipo de dispositivo capaz de hacer invisible cualquier objeto material, como una persona o un avión.
Dado que la luz puede refractarse alrededor de objetos, este equipo concibió un cono lleno de nanoagujas que permite a la luz pasar a través de ellas. De esta forma, la presencia material oculta en el interior del cono desaparece porque no refleja la luz.
En un experimento descrito en la revista Nature Materials, el equipo de científicos ha demostrado que se pueden liberar ácidos nucleicos de ADN y ácidos nucleicos de interferencia (siRNA) en células humanas, en laboratorio y con la ayuda de sus nanoagujas.
También han demostrado que se pueden suministrar ácidos nucleicos en los músculos del lomo de ratones, con esta misma técnica. En este caso, tras siete días, se produjo un incremento de seis veces en la formación de nuevos vasos sanguíneos en el ratón.
Además, esos nuevos vasos sanguíneos siguieron formándose durante un período de 14 días. La técnica, por otro lado, no causa inflamación u otros efectos secundarios dañinos.
Futuras aplicaciones
La esperanza es que, algún día, se pueda promover la generación de nuevos vasos sanguíneos con nanoagujas, para proporcionar a humanos órganos de transplante o futuros implantes de órganos artificiales con las necesarias conexiones con el resto del cuerpo, de manera que esos órganos puedan funcionar correctamente y con una posibilidad mínima de rechazo. En este sentido, las nanoagujas representan "un salto cualitativo con respecto a otras tecnologías existentes para la liberación de material genético a las células y tejidos", afirman los investigadores.
Pero, además, "al obtener acceso directo al citoplasma de la célula" -con esta técnica- "hemos logrado una eficiencia increíblemente alta de reprogramación genética". Esto "permitirá personalizar tratamientos para cada paciente, lo que nos da un sinfín de posibilidades para la detección, el diagnóstico y la terapia. Y todo gracias a unas estructuras diminutas que son hasta 1.000 veces más pequeñas que un cabello humano", añaden.
El grupo de investigación aspira ahora a desarrollar un material similar a un vendaje flexible que contenga a las nanoagujas, para su aplicación en distintas partes del cuerpo, interna o externamente. En el área cubierta con este vendaje, las nanoagujas liberarían los ácidos nucleicos necesarios para reparar y restablecer la programación celular.
Esto serviría, por ejemplo, para curar zonas de la piel quedamas (las nanoagujas reprogramarían las células de esas áreas para que la lesión se recuperase con tejido funcional, en lugar de formar una cicatriz) o para cubrir órganos e implantes incorporados al cuerpo, y así promover su integración sana en el organismo.
Nanoagujas e invisibilidad
Previamente, habíamos visto utilizar las nanoagujas para conseguir la invisibilidad. En 2007. un equipo de ingenieros estadounidenses diseñó un prototipo de dispositivo capaz de hacer invisible cualquier objeto material, como una persona o un avión.
Dado que la luz puede refractarse alrededor de objetos, este equipo concibió un cono lleno de nanoagujas que permite a la luz pasar a través de ellas. De esta forma, la presencia material oculta en el interior del cono desaparece porque no refleja la luz.
Referencia bibliográfica:
C. Chiappini, E. De Rosa, J. O. Martinez, X. Liu3, J. Steele, M. M. Stevens and E. Tasciotti. Biodegradable silicon nanoneedles delivering nucleic acids intracellularly induce localized in vivo neovascularization. Nature Materials (2015). DOI: 10.1038/nmat4249.
C. Chiappini, E. De Rosa, J. O. Martinez, X. Liu3, J. Steele, M. M. Stevens and E. Tasciotti. Biodegradable silicon nanoneedles delivering nucleic acids intracellularly induce localized in vivo neovascularization. Nature Materials (2015). DOI: 10.1038/nmat4249.