Haga brillar la luz sobre células cardíacas humanas cultivadas en grafeno y latirán más rápido. Haga brillar la luz sobre embriones de pez cebra con copos de grafeno inyectados en sus corazones, y la contracción de ese órgano se acelera.
Eso es lo que comunican hoy los científicos de la Universidad de California en San Diego en la revista Science Advances, en un descubrimiento que, según dicen, tiene implicaciones para todo, desde las pruebas de medicamentos hasta los marcapasos.
«A veces los descubrimientos se producen por serendipia«, dice Alex Savchenko, investigador de biofísica de la universidad, que dirigió el descubrimiento con Elena Molokanova en la empresa emergente Nanotools Bioscience, con sede en San Diego. «En este caso controlamos lo que queríamos conseguir durante todo el experimento».
El grafeno, el maravilloso material compuesto por láminas de carbono de un solo átomo de grosor, ha sido un foco de excitación y desarrollo febril desde que algunas de sus propiedades fueron demostradas por primera vez, en 2004, por Andre Geim y Konstantin Novoselov, ambos ahora en la Universidad de Manchester.
Uno de los muchos talentos del grafeno es que puede convertir la luz en electricidad. Savchenko y sus colegas plantearon la hipótesis de que la electricidad generada por el grafeno también podría estimular las células humanas.
Después de perfeccionar la formulación del grafeno y de probar diferentes tipos de luz, el equipo de Savchenko consiguió hacer lo que se proponía: Construyeron un suave mando a distancia para el crecimiento celular. Lo llamaron estimulador de optografeno.
Este video muestra células cardíacas manipuladas por un estimulador óptico de grafeno. GIF: NANOTOOLS BIOSCIENCE
«Estaba mirando la pantalla del ordenador del microscopio y girando el mando de la intensidad de la luz cuando veo que las células empiezan a latir más rápido», dice Savchenko. «Se lo mostré a nuestros estudiantes de posgrado, y gritaban y saltaban preguntando si podían girar el mando. Nunca habíamos visto esta posibilidad de controlar la contracción celular».
EL GRAFENO PODRÍA USARSE PARA UNA AMPLIA GAMA DE TERAPIAS: CORAZÓN, DOLOR, CÁNCER, MARCAPASOS… PERO ¿SE HA DESCARTADO SU TOXICIDAD Y UN POSIBLE USO PERVERSO?
El descubrimiento hace soñar a estos científicos con aplicar el dispositivo a una amplia gama de herramientas y terapias:
Mejores células madre, mejor cribado de medicamentos, marcapasos controlados por luz, dispositivos que destruyan selectivamente las células cancerosas en función de su potencial eléctrico y analgésicos que sólo funcionen en personas que realmente sientan dolor.
Es una lista bastante amplia, que se hace eco del entusiasmo por el grafeno en general. Pero todas estas aplicaciones parten de la idea de que el cultivo de células en una vieja placa de Petri de plástico o de vidrio no imita muy bien su entorno natural, un reto en torno al cual muchos grupos están tratando de innovar.
El corazón, por ejemplo, funciona con electricidad. Cada vez que late, una sacudida de electricidad autogenerada lo recorre. Así que si un investigador está probando un fármaco en células cardíacas, esas células deberían recibir sacudidas de electricidad, al igual que lo hacen en el cuerpo, dice Savchenko. Probar un fármaco en ese tipo de células daría una indicación más precisa de cómo podría comportarse realmente un fármaco in vivo, dice.
O, por ejemplo, el dolor. Los científicos podrían emular el dolor en el laboratorio estimulando las células neuronales de una forma determinada. Eso podría permitirles probar y desarrollar un fármaco contra el dolor que respondiera específicamente, o quizás sólo, a las células en esa condición. Un fármaco así funcionaría sólo en personas con dolor, y no en personas que lo tomaran de forma recreativa, una versión más inteligente de un opioide.
Otra posibilidad es utilizar la herramienta basada en el grafeno para destruir selectivamente las células cancerosas, dejando indemnes las células sanas cercanas. El potencial eléctrico de reposo de las células cancerosas es en muchos casos inferior al de las células sanas. Así que se necesita menos estimulación para conseguir que los canales iónicos activados por voltaje de la membrana de la célula se abran y dejen entrar iones con carga positiva.
Los trozos de grafeno podrían enviarse a un lugar con cáncer y encenderse con luz, proporcionando una estimulación a un nivel que sólo afecte a las células cancerosas cercanas. Si sus canales de iones se mantienen abiertos el tiempo suficiente, el enorme aumento de iones en la célula cancerosa la matará.
También existe la posibilidad de crear un marcapasos basado en el grafeno que funcione con luz. Los marcapasos típicos están compuestos de oro y titanio, y después de unos pocos años en el cuerpo, el tejido cicatrizado puede crecer sobre el dispositivo y reducir la conductividad entre éste y el tejido cardíaco.
Un marcapasos de grafeno sería más biocompatible, lo que reduciría las cirugías de sustitución, afirma Savchenko, y podría funcionar con una luz implantada.
EL ÓXIDO DE GRAFENO Y LA OPTOGENÉTICA
El equipo de Savchenko afirma que su técnica tiene una ventaja con respecto a una de las herramientas más populares de la biotecnología: la optogenética.
En esa técnica, se utiliza la luz para encender o apagar las células neuronales. El truco: primero hay que modificar genéticamente las células para que respondan a la luz. Así que las células deben cambiarse primero antes de que el investigador pueda controlar su comportamiento, y eso podría confundir los resultados del estudio, escribieron los autores en su artículo.
La estimulación con optografeno también aventaja a la estimulación eléctrica tradicional. Esa técnica, que tiene décadas de antigüedad, emite pulsos eléctricos a través de electrodos, pero puede causar daños o la muerte de las células por los pulsos de alto voltaje, dice Savchenko. «No es natural. Se queman las células y no se sienten bien después», dice. «Con el grafeno y la luz se puede controlar con sumo cuidado la cantidad de electricidad suministrada».
Todavía no está claro cómo convierte exactamente el grafeno la luz en electricidad. Savchenko tiene una teoría, que piensa presentar en un próximo artículo.
Nota del editor: Esta historia se actualizó el 19 de mayo para corregir los detalles sobre el lanzamiento del próximo artículo de Savchenko.
AUTOR: Emily Waltz. Periodista científica independiente especializada en la intersección de la tecnología y el cuerpo humano. Además de IEEE Spectrum, es colaboradora frecuente de la revista Nature Biotechnology. FUENTE: IEE.org. 18 de mayo de 2018.
