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Una ruta más segura a la terapia ultrasónica
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Una ruta más segura a la terapia ultrasónica

Las microperlas permiten que las ondas ultrasónicas estimulen las células de forma más segura.

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 usan ondas sonoras para controlar el comportamiento de las neuronas individuales o para promover el crecimiento tisular y la curación de heridas en otras células.

La terapia ultrasónica a menudo usa ondas de ultrasonido dirigidas para crear burbujas de cavitación: pequeños globos de bolsas de aire que oscilan rápidamente y que estiran las membranas celulares cercanas cuando estallan. Este estiramiento puede activar los canales de iones de calcio, haciendo que una neurona se dispare, o puede indicar a los mecanismos de reparación del cuerpo que se enciendan en sobremarcha.

Sin embargo, si una burbuja es demasiado grande o demasiado cerrada, 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 adherir perlas microscópicas a los receptores en la superficie de la célula, pueden producir los efectos de estiramiento celular y liberación de calcio de la técnica de forma mucho más segura.

Los resultados aparecieron en línea la semana del 25 de diciembre de 2017 en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

"Para abrir los canales iónicos y los poros de la membrana de una célula, normalmente hay que estirarla muy fuerte y muy rápido", dijo Pei Zhong, profesor Anderson-Rupp de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales en Duke. "Pero descubrimos que la unión de 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 lesión 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 del barco. Si bien las burbujas de cavitación creadas durante los procedimientos médicos no son tan fuertes, aún pueden causar mucho daño. Y debido 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 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 investigadores pueden comenzar a explorar los detalles de cómo responden las células.

Para el primer estudio de seguimiento que utilizó la plataforma, Zhong optó por observar la señalización de calcio.

"La señalización del calcio regula muchas funciones celulares importantes, como la contracción muscular, la comunicación neuronal, la transcripción génica y el crecimiento del tejido", dijo Fenfang Li, investigador postdoctoral en el laboratorio de Zhong y autor principal del estudio. "Estudios previos han demostrado que la sonogenética y la sonoporación provocan una respuesta de calcio, que puede hacer que las neuronas se disparen o que promuevan la cicatrización en otras células, por lo que queríamos ver 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 captar parte de la energía de las burbujas, por lo que tiran de la superficie de la membrana. Esto proporciona una deformación más localizada y una respuesta de calcio más fuerte a partir 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 a los investigadores el uso seguro de la sonogenética en terapias humanas".


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