{"id":44,"date":"2020-02-25T15:39:17","date_gmt":"2020-02-25T14:39:17","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/?p=44"},"modified":"2020-02-25T15:39:17","modified_gmt":"2020-02-25T14:39:17","slug":"podemos-saber-con-detalle-que-estan-haciendo-las-celulas","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/2020\/02\/25\/44\/","title":{"rendered":"\u00bfPodemos saber con detalle qu\u00e9 est\u00e1n haciendo las c\u00e9lulas?"},"content":{"rendered":"

Enviado por:<\/em>\u00a0Alberto Castellano<\/p>\n

La respuesta a esta pregunta parece clara, s\u00ed, tomemos un microscopio y miremos. Pero es que esto no basta, no es una fuente informaci\u00f3n completa.\u00a0Entonces,\u00a0\u00bfes qu\u00e9 podemos medir m\u00e1s cosas?, \u00bfqu\u00e9 tipo de se\u00f1ales?.<\/p>\n

\"\"<\/a>Hace poco m\u00e1s de cien a\u00f1os bi\u00f3logos y profesionales dedicados al \u00e1mbito de la medicina se encontraban buscando una explicaci\u00f3n ante la morfolog\u00eda y funcionamiento del cerebro.\u00a0Ram\u00f3n y Cajal y\u00a0Camillo Golgi<\/a>\u00a0recibieron en 1906 el premio Nobel de Medicina, \u201cen reconocimiento de su trabajo sobre la estructura del sistema nervioso\u00bb. En aquella \u00e9poca se acept\u00f3 la\u00a0hip\u00f3tesis\u00a0de que el tejido nervioso se constitu\u00eda de peque\u00f1as c\u00e9lulas denominadas neuronas con una fisiolog\u00eda definida,\u00a0inferida\u00a0por las\u00a0t\u00e9cnicas de microscop\u00eda y tinci\u00f3n de la \u00e9poca. Pero a\u00fan quedaba mucho camino por recorrer. La pregunta esencial era qu\u00e9 tipo de proceso provocaba la transmisi\u00f3n del impulso nervioso, y cu\u00e1l era el\u00a0origen<\/a>\u00a0de este.\u00a0 Pero no fue hasta pasado m\u00e1s de medio siglo cuando se pudo comenzar a medir las se\u00f1ales involucradas en la activaci\u00f3n de las c\u00e9lulas. Este avance le vali\u00f3 a Erwin\u00a0Neher\u00a0y Bert\u00a0Sakman\u00a0 el premio Nobel de Medicina en 1991 por el desarrollo de la t\u00e9cnica del\u00a0patch clamp<\/a>\u00a0y \u201cpor sus descubrimientos sobre la funci\u00f3n de los canales i\u00f3nicos en las c\u00e9lulas\u201c.\u00a0 Sin embargo, todav\u00eda quedaban cuestiones por responder y debido a su curiosidad y al avance en la ciencia de materiales, y m\u00e1s concretamente en la nanotecnolog\u00eda (con el desarrollo de nuevos materiales\u00a0semiconductores con estructuras y morfolog\u00edas particulares a nivel mesosc\u00f3pico e incluso nanom\u00e9trico), se ha conseguido medir con mayor precisi\u00f3n las se\u00f1ales de los procesos electroqu\u00edmicos que gobiernan las comunicaciones celulares.\u00a0 La implementaci\u00f3n de estas meso- y nanoestructuras permiten no solo conocer c\u00f3mo se comunican las c\u00e9lulas sino medir incluso las fuerzas que son capaces de generar en sus contracciones o incluso las deformaciones que experimentan. Del mismo modo se puede controlar las excitaciones de las c\u00e9lulas individualmente mediante procedimientos y dispositivos similares.\u00a0 Adem\u00e1s, la aplicabilidad de estas nuevas t\u00e9cnicas es expandibles incluso a peque\u00f1as muestras de\u00a0tejido celular<\/a>.\u00a0\u00a0En este post vamos a presentar alg\u00fan ejemplo de este tipo de nanodispositivos basados en semiconductores.<\/p>\n

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Para entender un poco m\u00e1s qu\u00e9 se\u00f1ales y de qu\u00e9 tipo se quieren medir, plantearemos un peque\u00f1o repaso. En los sistemas biol\u00f3gicos los portadores de carga suelen ser iones o mol\u00e9culas cargadas. Los flujos de estos mismos (normalmente\u00a0Na+<\/sup>\u00a0y K+<\/sup>) a trav\u00e9s de las membranas celulares generan distribuciones de carga que, seg\u00fan la ecuaci\u00f3n de Poisson, se asocian inmediatamente con la generaci\u00f3n de potenciales el\u00e9ctricos. Se habla de potenciales inter- e incluso\u00a0intracelulares,\u00a0como los llamados\u00a0potenciales de acci\u00f3n<\/a>\u00a0(AP,s), uno de los potenciales que se desea medir.\u00a0 La idea fundamental del perfil de la se\u00f1al es la mostrada en la siguiente figura.<\/p>\n

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Curva t\u00edpica de un potencial de acci\u00f3n celular de la actividad neuronal.<\/figcaption><\/figure>\n

El objetivo ser\u00eda poder medir este tipo de curvas con la mayor precisi\u00f3n posible. Para ello se ha desarrollado una nueva tecnolog\u00eda denominada\u00a0Neuro P\u00edxel<\/a>.<\/p>\n

\"Microhilo<\/a><\/p>\n

Dicha tecnolog\u00eda hace uso de un nanodispositivo fabricado con uno de los materiales m\u00e1s id\u00f3neos como ser\u00eda el silicio (por su biocompatibilidad y por ser el material por excelencia en la electr\u00f3nica actual). El dispositivo en cuesti\u00f3n consiste en un\u00a0microhilo\u00a0compuesto de p\u00edxeles inversores CMOS que convierten se\u00f1ales del potencial de activaci\u00f3n neuronal en corriente, las cuales son monitorizadas\u00a0cuando este se inserta en un tejido vivo. Obteniendo datos de las distintas regiones del cerebro.<\/p>\n

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\"Colecci\u00f3n<\/a><\/p>\n

Continuando con los nuevos nanodispositivos para la medici\u00f3n de datos, y ahora s\u00ed que s\u00ed las dimensiones son nanom\u00e9tricas, se presentan los\u00a0FET\u00b4s\u00a0de\u00a0nanohilos<\/a>\u00a0de Si\u00a0dopado montados sobre l\u00e1minas de pol\u00edmero SU-8 y recubierto de fosfol\u00edpidos.\u00a0Estar\u00edamos ante una excelente alternativa para mejorar la relaci\u00f3n se\u00f1al\/ruido en la medida de potenciales. Este dispositivo permite medir, con incluso resoluci\u00f3n temporal, la curva del potencial de acci\u00f3n de las c\u00e9lulas. En el ejemplo mostrado en la siguiente figura, el de un cardiomiocito contray\u00e9ndose. En la imagen puede verse c\u00f3mo al introducir la sonda, el potencial extracelular (estrella morada) desparece y puede medirse cada vez con mayor n\u00edtidamente el\u00a0potencial de acci\u00f3n (estrella verde), permitiendo distinguir todas sus fases con un nivel de detalle muy elevado. La flexibilidad de la sonda permite un menor riesgo de da\u00f1o de las muestras utilizadas.<\/p>\n

\"Medici\u00f3n<\/a><\/p>\n

El hilo de Silicio puede ser sustituido por otro material biocompatible y con otras propiedades superiores al Silicio como ser\u00eda el ZnO, material con propiedades piezoel\u00e9ctricas. Estar\u00edamos ante un nanodispositivo denominado nano\u00a0piezo-FET<\/a>. Conectado a dos contactos de tipo\u00a0\u00f3hmico\u00a0(contactos de baja o nula resistividad) la corriente entre fuente y drenador del dispositivo FET se controlar\u00eda mediante la deformaci\u00f3n del\u00a0nanohilo. Bajo dicha deformaci\u00f3n y debido a las propiedades piezoel\u00e9ctricas del ZnO, se crear\u00eda una zona de\u00a0deplexi\u00f3n\u00a0de carga que separar\u00eda los portadores de corriente produciendo dos superficies de carga.\u00a0\u00a0Esta situaci\u00f3n es similar a aplicar un voltaje de puerta como se har\u00eda t\u00edpicamente en un\u00a0FET. Cuando los electrones atraviesan el potencial de la superficie, tanto positiva como negativa, se ver\u00edan influenciados por la carga en modo completamente diferente. En el caso de carga negativa, los electrones libres de conducci\u00f3n se ver\u00edan repelidos, reduciendo el ancho del canal de conducci\u00f3n y provocando un descenso en la conductancia. La siguiente figura \u00a0muestra unas im\u00e1genes de Microscop\u00eda Electr\u00f3nica de este\u00a0nanohilo\u00a0y una curva de conductancia seg\u00fan la deformaci\u00f3n\u00a0\u03b5\u00a0as\u00ed como una simulaci\u00f3n de los efectos de la deformaci\u00f3n.<\/p>\n

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El inter\u00e9s estriba en poder aplicar este\u00a0nanohilo\u00a0en casos reales mejorando las prestaciones sobre los nanohilos utilizados hasta ahora y basados en Si como en el caso mostrado en la siguiente figura. En este experimento se miden las deformaciones del\u00a0nanohilo de Si\u00a0implantado en una c\u00e9lula muscular cuando esta se contrae. Al ser un material no piezoel\u00e9ctrico ha de recurrirse al an\u00e1lisis de ecuaciones diferenciales para la flexi\u00f3n del nanohilo y as\u00ed poder determinar las fuerzas involucradas en la contracci\u00f3n. En el caso de utilizar la piezoelectricidad, la medida ser\u00eda directa sin necesidad de tediosos c\u00e1lculos. En definitiva, estos estudios parecen prometedores a la hora de estudiar la\u00a0din\u00e1mica y propiedades el\u00e1sticas<\/a>\u00a0in vivo<\/em>\u00a0de c\u00e9lulas involucradas en procesos vivos.<\/p>\n

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Como conclusi\u00f3n podemos decir que la aplicaci\u00f3n de la\u00a0nanof\u00edsica\u00a0y la ingerir\u00eda de materiales, en el campo de la biolog\u00eda y de la medicina, parece tener prometedoras perspectivas y aplicaciones, siendo una caja de herramientas perfecta, y cuyos m\u00e9todos se ir\u00e1n afianzando\u00a0con desarrollos\u00a0e investigaciones futuras.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Enviado por:\u00a0Alberto Castellano La respuesta a esta pregunta parece clara, s\u00ed, tomemos un microscopio y miremos. Pero es que esto no basta, no es una fuente informaci\u00f3n completa.\u00a0Entonces,\u00a0\u00bfes qu\u00e9 podemos medir m\u00e1s cosas?, \u00bfqu\u00e9 tipo de se\u00f1ales?. Hace poco m\u00e1s de cien a\u00f1os bi\u00f3logos y profesionales dedicados al \u00e1mbito de la medicina se encontraban buscando una explicaci\u00f3n ante la morfolog\u00eda y funcionamiento del cerebro.\u00a0Ram\u00f3n y Cajal y\u00a0Camillo Golgi\u00a0recibieron en 1906 el premio Nobel de Medicina, \u201cen reconocimiento de su trabajo sobre la estructura del sistema nervioso\u00bb. En aquella \u00e9poca se acept\u00f3 la\u00a0hip\u00f3tesis\u00a0de que el tejido nervioso se constitu\u00eda de peque\u00f1as\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":222,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[43679,43673],"tags":[43686,16825,43682,43680],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/44"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/users\/222"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=44"}],"version-history":[{"count":15,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/44\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":70,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/44\/revisions\/70"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=44"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=44"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/nbem\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=44"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}