Nanoelectrónica dentro de células vivas

La continua miniaturización que impulsa a la industria de los semiconductores ha hecho posible la construcción de transistores con un tamaño de apenas unas decenas de nanómetros. Los investigadores han comenzado a explorar la forma de “conectar” la biología y la electrónica mediante la integración de componentes semiconductores con células vivas. Hace algún tiempo se logró la integración de células en materiales semiconductores, y ahora, los científicos del Instituto de Microelectrónica de Barcelona IMB-CNM (CSIC), han realizado un trabajo explotando la vía opuesta: integrando la nanoelectrónica en células vivas. El estudio de las células individuales es de gran importancia en la biomedicina, ya que muchos procesos biológicos tienen lugar en su interior y pueden diferir de célula a célula. El desarrollo de herramientas más pequeñas, capaces de “mirar” directamente la maquinaria celular sin destruirla, podría dar paso a una nueva forma de detectar de forma precoz las enfermedades y proporcionar nuevos mecanismos de reparación celular.

Una célula humana típica tiene un tamaño de alrededor de 10 micrómetros cuadrados. Esto significa que cientos de transistores pueden colocarse en el interior de una sola célula. Si el ritmo actual de miniaturización continúa, en 2020 podríamos encajar unos 2,500 transistores – el equivalente a los microprocesadores de la primera generación- en el interior de una célula viva típica. José Antonio Plaza, uno de los investigadores del Departamento de micro y nanosistemas del CSIC, dice que “los elementos microelectrónicos disponibles en la actualidad nos permiten fabricar complejas estructuras tridimensionales, como sensores y actuadores. Estos elementos, mucho más pequeños que las células, pueden ser producidos en masa con una precisión nanométrica a muy bajo costo.”

Plaza, junto con un equipo de colegas, ha demostrado que los chips de silicio se pueden introducir en las células vivas de diferentes maneras (por ejemplo, mediante lipofección, fagocitosis o microinyección) y, los más importante, una vez allí dentro pueden ser utilizados como sensores intracelulares. El equipo ha publicado sus conclusiones en un número reciente de Small, titulado "Intracellular Silicon Chips in Living Cells" ("Chips de silicio intracelulares en células vivas"), en el que dan cuenta como “los chips de silicio fabricados en la escala de las micro y nanopartículas, pueden ser utilizados como sensores intracelulares. Estos chips están hechos de un material semiconductor típico -silicio- y producidos mediante la más común de las tecnologías de fabricación industrial, el proceso de fotolitografía."

A lo largo de sus experimentos, el equipo español ha fabricado diferentes lotes de chips de silicio policristalino, unos pequeños paralelepípedos con dimensiones laterales de 1,5-3μm y un espesor de 0,5 micras, que se colocaron dentro de las células humanas vivas. Patricia Vázquez y Teresa Suárez, las biólogas del equipo, explican que “usamos la técnica de lipofección (la encapsulación de los materiales en una vesícula llamada liposoma) para introducir los chips.” Después de insertar los chips en las células vivas, encontraron que más del 90% de las células a las que se les habían implantado los sensores seguían “vivas y viables” siete días después de la lipofección. El equipo español prevé que "en el futuro cercano, los chips intracelulares permitirán -a nivel de células individuales y en vivo- el seguimiento de los eventos celulares, así como la administración de medicamentos de forma eficaz directamente dentro de las células. Lo que el equipo de Plaza ha hecho es sólo dar un primer paso hacia la integración del silicio dentro de las células. ¿Cómo van a interactuar en el futuro estos dispositivos con células vivas? “No lo sabemos con exatitud”, dice Plaza, “pero será algo nuevo y fascinante.”