Salud

Las bacterias técnicas utilizan burbujas de aire como ondas sonoras para generar TNT tumoral. detonar

Sarah Vitalk: Esta es la ciencia de 60 segundos de Infototal. Esta es Sarah Vitalk.

Muchos de los objetos con los que interactuamos hoy están programados y diseñados para propósitos específicos. No solemos pensar que los seres vivos entran en esta categoría, pero cada vez más científicos programan y diseñan células vivas e incluso organismos completos.

Esta área de investigación se conoce como biología sintética. Hay una subsección completa de esta área sobre cómo diseñar un ejército de células controlable y controlable: células de entrenamiento para encontrar tejido enfermo, equipamiento de unidades de inteligencia ambiental, células que atacan a otras células asesinas.

Suena bien, ¿verdad? Pero en realidad, nada está dirigido y es preciso.

Mikhail Shapiro: Tiene algunas limitaciones, porque hasta ahora estas células no tienen una conciencia espacial real, no saben dónde están en el espacio del cuerpo: ¿están en el tumor? ¿Están en el hígado? ¿Están en el páncreas? ¿Están en el cerebro? Así que podría intentar resolver este problema basándose en pistas moleculares. Pero no tienen este tipo de GPS que les indique que están en la posición adecuada para realizar sus acciones.

disminución: Este es el doctor. Mikhail Shapiro, Profesor de Ingeniería Química en el Instituto de Tecnología de California. Su laboratorio aprovechó recientemente el poder de las burbujas para resolver este problema. [Avinoam Bar-Zion et al., Acoustically triggered mechanotherapy using genetically encoded gas vesicles]

Su laboratorio ha programado muchas células para crear estructuras diminutas llamadas burbujas. Básicamente son pequeñas burbujas rodeadas por una capa de proteína dura que luego flotan dentro de la célula. Puedes pensar en ellos como pelotas de tenis de mesa nanométricas.

Shapiro: Tienen un origen fascinante. Básicamente, evolucionaron como dispositivos flotantes para microorganismos fotosintéticos que viven en el agua y necesitan nadar hasta la superficie para obtener suficiente luz solar.

disminución: Dr. Shapiro y su equipo habían logrado previamente insertar el gen que crea burbujas en células de mamíferos u otras bacterias. En ese entonces, lo hicieron porque querían usarlo como una herramienta de imágenes.

Están inspirados en las medusas, más precisamente, lo llaman Proteína verde fluorescente, O GFP. La ventaja de esta proteína es que se puede unir a proteínas naturales a través de códigos genéticos para que los científicos puedan observarlas y rastrear su paradero en células vivas o animales.

El uso de GFP como herramienta de imagen cambió por completo las reglas del juego del microscopio, por lo que su descubrimiento y desarrollo ganaron. Premio Nobel 2008.

Shapiro: Así que estamos un poco obsesionados con buscar algo similar a la proteína fluorescente, pero no es una proteína fluorescente, lo que significa que interactúa con la luz pero interactúa con las ondas sonoras y nos permite obtener imágenes con ultrasonido. Las ondas sonoras son dispersadas o reflejadas por materiales con diferentes densidades o rigideces en relación con su entorno. Saben que el aire tiene una densidad y compresibilidad completamente diferente en comparación con el tejido y el agua.

disminución: Pero recientemente tuvieron una idea, tal vez puedan usar estas vesículas para otros propósitos: ultrasonido para reventar las burbujas a propósito.

Shapiro: Si subimos un poco el ultrasonido, golpearemos la pelota de ping pong con tanta fuerza que se partirá y se abrirá.

Una película de burbujas de alta velocidad de fotogramas fijada a una película de poliéster y grabada a una velocidad de 5 millones de fotogramas por segundo. La velocidad del video se ha ralentizado significativamente. Fuente de la imagen: Avinoam Bar-Zion

disminución: Esto libera aire para que haya una pequeña burbuja en la celda. No hace nada por sí solo. Pero a medida que continúa el ultrasonido, las burbujas se expanden y contraen.

Shapiro: Con el tiempo, varias de estas burbujas se agruparán en una burbuja más grande hasta que sea lo suficientemente grande como para que el ultrasonido provoque una fuerte implosión mecánica.

disminución: Al principio dejaron que esto actuara solo sobre las ampollas. Sacaron un montón de vesículas de las células (fue un proceso fácil porque simplemente nadaron) y las golpearon con ultrasonido. Luego escucharon con micrófonos ultrasónicos y, de hecho, pudieron atrapar las burbujas que estallaban.

Shapiro: Esto es ultrasonido, por lo que los humanos no pueden escucharlo. Pero su espectro de frecuencia parece ruido de banda ancha. Entonces, cuando encienda su televisor, se verá así:

[CLIP: White noise]

Sharpfrio: Creo que si está en el rango audible, esperaría escucharlo.

disminución: Tú también quieres ver.

Shapiro: Así que pedimos prestada una cámara de 5 millones de fotogramas por segundo de nuestro departamento de aviación y la conectamos al microscopio …

disminución: … Suena demasiado, pero no lo es. De hecho, pudieron ver las vesículas estallar y formar burbujas, y luego las burbujas estallarían. Y todo sucede en unos pocos microsegundos.

Luego, querían intentar usarlo, por lo que fabricaron vesículas con proteínas en la superficie que podrían unirse a las células cancerosas. Luego los mezclaron con células cancerosas en una placa de Petri y los golpearon con ultrasonido.

eficiente.

Shapiro: Imagínese luchando contra las células cancerosas. Entonces, estas burbujas se expanden y contraen, y golpean y envían ondas de choque muy localmente. Así que es genial porque convertimos nuestro pequeño agente de imágenes inocente en una pequeña bomba, lo pusimos en las células cancerosas y lo hicimos estallar. Pero creemos que si podemos bombardear células, dejar que esas células invadan el cuerpo e infiltran el tumor en el cuerpo, sería aún más frío.

Una película de vesículas adheridas a células cancerosas de alta velocidad de fotogramas se registró a una velocidad de 5 millones de fotogramas por segundo. La velocidad del video se ha ralentizado significativamente. Fuente de la imagen: Avinoam Bar-Zion

disminución: Así que volvieron a intentar el mismo experimento, pero esta vez utilizaron bacterias modificadas que no solo crean burbujas, sino que también pueden rastrear tumores.

Funcionó en la placa de Petri.

El siguiente paso es probarlo en animales. El ultrasonido realmente vale la pena aquí, porque el ultrasonido se puede usar y colocar en un punto muy específico del cuerpo. Básicamente, compensa las deficiencias del GPS celular que mencioné anteriormente.

Entonces inyectaron algunas de estas bacterias en la sangre de ratones con tumores. Y vieron …

Shapiro: … células bacterianas en diferentes lugares del cuerpo. Pero en la mayoría de las áreas del cuerpo son eliminadas por el sistema inmunológico, excepto en el núcleo del tumor, ya que el tumor es un entorno inmunosupresor.

disminución: Básicamente, se trata de aprovechar una característica clave del cáncer y adaptarse a ella.

Shapiro: Lo bueno es que el globo se puede utilizar como agente de formación de imágenes y como agente terapéutico. Podemos ver las células en el tumor a través de imágenes de ultrasonido y podemos confirmar que nuestro pequeño agente terapéutico llegó allí y formó una pequeña colonia en el centro del tumor.

disminución: Luego, apuntaron el ultrasonido al tumor. Combinaron esto con una nueva clase de medicamentos contra el cáncer que permiten que las células inmunitarias reconozcan y destruyan las células cancerosas llamadas inhibidores de los puntos de control inmunitarios. En promedio, los ratones tratados con bacterias y ultrasonido duraron el doble que los ratones que recibieron solo nuevos medicamentos contra el cáncer.

Este podría ser solo el comienzo de lo que podemos hacer con estas pequeñas bacterias cohete objetivo. Es de esperar que también se puedan utilizar en el tratamiento de otras enfermedades. Principalmente porque dejas que las bacterias lleven cargas útiles como las drogas y luego las haces explotar para ser liberadas a lugares específicos.

Shapiro: Este es un buen ejemplo de ese precioso regalo de la madre naturaleza. De hecho, se descubrió hace más de 100 años: la primera publicación en notar estas bolsas inflables en bacterias se publicó en 1895.

Así que creo que esta es una historia brillante, desde miles de millones de años de evolución hasta 100 años de biólogos básicos, ya sabes, estúdiala detenidamente: ahora estas proteínas han encontrado nueva vida.

disminución: Gracias por su atención. Para el 60 Second Science Infototal, mi nombre es Sarah Vitak.

[The above text is a transcript of this podcast.]

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