En lo que representa un paso pionero en el campo de la microbiología, científicos han introducido minúsculos dispositivos de seguimiento directamente en el interior de células de mamíferos, obteniendo una imagen sin precedentes de los procesos físicos que rigen la materia intracelular.

La iniciativa tiene por objeto obtener una mayor comprensión de los mecanismos que sustentan el comportamiento celular en general y, en última instancia, puede proporcionar información sobre lo que falla a nivel celular en el proceso de envejecimiento y la enfermedad.

Fuerzas celulares

El equipo de investigación interdisciplinario incluyó a científicos del Instituto de Microelectrónica de Barcelona y la Universidad de Bath en Reino Unido, quienes lograron inyectar un nanodispositivo a base de silicio junto con espermatozoides en el óvulo de un ratón, obteniendo un óvulo fecundado y saludable que contenía un dispositivo de seguimiento.

El pequeño dispositivo, con una apariencia que recuerda a una araña con ocho “patas”, mide las fuerzas ejercidas en el interior de la célula con un muy alto nivel de precisión, revelando así las fuerzas celulares en juego y mostrando cómo se reorganiza la materia intracelular con el tiempo.

El comportamiento mecánico intracelular proporciona un nivel de regulación que puede ser tan crítico para los procesos de desarrollo como la expresión génica.

Los nanodispositivos son increíblemente delgados –22 nanómetros– por lo que tienen la flexibilidad apropiada para registrar el movimiento del citoplasma de la célula a medida que el embrión se embarca en su viaje para convertirse en un embrión de dos células.

Los investigadores utilizaron embriones de ratón debido a su tamaño relativamente grande (100 micras, o 100 millonésimas de metro de diámetro) por lo que dentro de cada embrión, había espacio para un dispositivo de seguimiento.

Comportamiento interno

La mecánica intracelular es un determinante clave de la biología celular. Cada célula se estabiliza mecánicamente por un citoesqueleto filamentoso que controla la rigidez relativa. El comportamiento mecánico activo genera fuerzas intracelulares de tracción y empuje e impulsa la fluctuación de la fuerza para permitir la remodelación citoplasmática.

Ese comportamiento mecánico intracelular dinámico proporciona un nivel de regulación que puede ser tan crítico para los procesos de desarrollo como la expresión génica.

Sin embargo, esta compleja danza de material celular ha permanecido en gran parte desconocida, ya que si bien los científicos han podido identificar los elementos que componen una célula, no han podido determinar cómo se comportan el interior de la célula en su conjunto.

El nanodispositivo, mide las fuerzas ejercidas en el interior de la célula con un muy alto nivel de precisión revelando cómo la materia intracelular se reorganiza con el tiempo.

Los investigadores hicieron sus mediciones examinando grabaciones de video tomadas a través de un microscopio a medida que se desarrollaban los embriones. A veces, los dispositivos fueron objeto de fuerzas que eran incluso mayores que las de las células musculares, mientras que en otras ocasiones, los dispositivos se movían muy poco, mostrando que el interior de la celda se había calmado.

Estos resultados se suman a una imagen emergente de la biología que sugiere que el material dentro de una célula viva no es estático, sino que cambia sus propiedades de una manera predeterminada a medida que la célula realiza su función o responde al medio ambiente.

Los investigadores señalan que este trabajo puede tener implicaciones para nuestra comprensión de cómo las células envejecen o dejan de funcionar como deberían, que es lo que sucede en la enfermedad.

Referencia: Tracking intracellular forces and mechanical property changes in mouse one-cell embryo development. Nature Materials, 2020. https://doi.org/10.1038/s41563-020-0685-9