Cómo puede un chip 100 veces más fino que un cabello cambiarte

Nunca antes se había logrado algo así. El estudio de células humanas para la detección y análisis de las enfermedades era algo habitual, lo sigue siendo, y para ello es frecuente el uso de lo que se denominan Planar array chips, como son, por ejemplo, los chips de ADN, con los que se comparan los niveles de expresión entre células sanas y células que están desarrollando una enfermedad.

Pero lo que nunca antes se había logrado era reducir estos dispositivos a un tamaño tan minúsculo que pudiera residir dentro de una célula viva, sin afectarla, y estudiar su estado y su comportamiento. Ahora, un grupo de investigadores liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) lo ha hecho posible. SaluDigital.es ha podido hablar con el coordinador del estudio y miembro del Instituto de Microelectrónica de Barcelona, José Antonio Plaza.

“Somos pioneros”, reconoce el investigador, que explica cómo era el proceso antes de este avance: “Había que seleccionar una célula y romperla para intentar analizarla en un chip tan grande (aproximadamente 5 cm), mientras que ahora hemos desarrollado chips tan pequeños (100 veces más fino que el tamaño de un cabello humano) que, al meterlos dentro de la célula, ésta puede seguir viva ya que no hace falta romperla”.


¿CÓMO FUNCIONAN ESTOS CHIPS?

El sistema para introducir un chip de este tamaño en la célula, sin llegar a dañarla, se llama “lipofección”, una técnica que consiste en recubrir el dispositivo con una capa de lípidos que se fusiona con la membrana de la célula.

El objetivo principal de estos dispositivos es determinar las moléculas o estructuras que tienen las células para estudiar las enfermedades. “Puedes hacer varios ensayos bioquímicos a la vez”, explica el doctor Plaza, porque los chips “tienen varias sondas organizadas de forma muy precisa” para medir distintos parámetros.

Se trata de sensores como los que normalmente se utilizan en bioquímica y biomedicina, que tienen varios “targets” o sustancias a analizar. “Te lo puedes imaginar como un montón de candados: sabes cuál es cada uno pero tienes una sola llave y empiezas a probar cuál de esos candados abre, hasta que lo hace en uno; entonces ya sabes qué llave tenías por el candado que ha abierto”, ilustra el investigador. Es decir, el chip le dice al científico cómo y cuál es la sustancia con la que está trabajando.


Esta técnica se combina, además, con las sondas fluorescentes con las que trabajan tradicionalmente los biólogos. “Nosotros ponemos esas sondas sobre nuestro chip a través de unas pequeñas gotitas, como un molde o como si tuviéramos un sello, como los de tampón. Estampamos esas sondas en nuestro chip para que las sondas fluorescentes emitan luz en función de lo que detecten”, explica el científico.

Normalmente, añade, “un médico puede meter una sonda para saber el potencial de membrana de las células, para saber si están sanas; o para medir la actividad de las mitocondrias”. Esta tecnología es la misma que utilizan estos chips, y en este estudio en concreto se ha utilizado para medir el Ph de la célula. Por eso, estos sensores “emitían más o menos luz cuando subía o bajaba el Ph de la célula”, comenta el doctor Plaza.

SINGLE CELL ANALISIS

Es “otra gran ventaja, un campo nuevo en la biomedicina”, el logro de los investigadores del CSIC, el del single cell analisis o análisis de célula única. “Recientemente se ha demostrado que no todas las células se comportan igual o responden de la misma forma en función a un estímulo, como podría ser un medicamento; a algunas personas les puede ir bien y a otras con la misma enfermedad el medicamento les puede ir mal”, explica el científico, que añade que “con las células pasa algo parecido, cada una puede responder de forma diferente”.

Pero lo que permite esta nueva técnica no es sólo el análisis de una célula única, sino de millones de ellas. La fabricación de estos dispositivos miniaturizados utiliza la misma técnica que la de la fabricación de los chips normales, “todos a la vez en una oblea”, lo que les permite fabricar a la vez 170 millones, de los que alrededor de millón y medio tienen la estampación de los sensores fluorescentes”.

HACIA UNA MEDICINA PERSONALIZADA


Aunque el estudio se ha basado en el análisis del pH, el objetivo es que puedan analizar “cualquier cambio que se produzca dentro de la célula”. A pesar de que el proceso de investigación se encuentra en un estado muy inicial, en teoría, explica el doctor Plaza, este mecanismo permitiría, en un futuro, estudiar la evolución de las células sanas y de las enfermas, así como la reacción de las mismas ante distintos medicamentos.

Todavía es “ciencia ficción”, comenta el investigador, porque el logro por ahora sólo se ha hecho en laboratorio y aún “queda mucho recorrido”, pero, de llegar en un futuro a la aplicación en pacientes y, combinado con los test genéticos, podría determinar qué tipo de tratamiento es mejor para cada paciente individual y prever cómo va a afectar este tratamiento a su cuerpo y a sus células, algo que genera muchas esperanzas en especialidades como la oncología.

En el estudio, publicado en la revista Advanced Materials, han participado el Instituto de Microelectrónica de Barcelona y el Centro de Investigaciones Biológicas, ambos del CSIC, así como la Universidad de Barcelona y el Instituto de Bioingeniería de Cataluña, que han llevado a cabo la funcionalización química de los dispositivos.

OTROS PROYECTOS SIMILARES

Esta línea de investigación para fabricar microchips tan pequeños comenzó en 2005, pero “no produjimos nada durante unos 5 años”, explica el doctor Plaza. Para este estudio en concreto fueron necesarios “más de tres años”. Sin embargo, este investigador ha participado en otros proyectos relacionados con la utilización de estos microdispositivos.

Uno de ellos es el “código de barras” de células, principalmente diseñado para la identificación de ovocitos y embriones que permite etiquetarlos individualmente con códigos de silicio que van en estos chips. La principal utilidad está en las clínicas de fertilización, donde se podría implantar en los embriones para que no existan errores a la hora de implantárselos a la madre.

El otro proyecto es el de los sensores de presión, “una rama de la medicina muy moderna”, subraya el doctor Plaza. En todo tipo de enfermedades, la mecánica de las células varía, es decir, si se vuelve “más o menos dura o rígida, si aumenta su presión…”, algo que puede variar también en función de los medicamentos con los que se esté tratando a un paciente y que antes no se podía estudiar. El Instituto de Microelectrónica de Barcelona ha participado en todos estos proyectos.