(PhysOrg.com) - Imagine ser capaz de derrubar um palito de dente na cabeça de uma pessoa em particular entre 100, 000 pessoas em um estádio. Parece impossível, ainda assim, este grau de precisão no nível celular foi demonstrado por pesquisadores afiliados ao Instituto de NanobioTecnologia da Universidade Johns Hopkins. Seu estudo foi publicado online em junho em Nature Nanotechnology .

A equipe usou campos elétricos precisos como "pinças" para guiar e colocar nanofios de ouro, cada um com cerca de um centésimo do tamanho de uma célula, em locais predeterminados, cada um em uma única célula. As moléculas que revestem as superfícies dos nanofios desencadearam uma cascata bioquímica de ações apenas na célula onde o fio tocou, sem afetar outras células próximas. Os pesquisadores dizem que esta técnica pode levar a melhores maneiras de estudar células individuais ou até mesmo partes de células, e eventualmente poderia produzir novos métodos de entrega de medicamentos.

De fato, as técnicas que não dependem desta nova tecnologia baseada em nanofios também não são muito precisas, levando à estimulação de várias células, ou requerem alterações bioquímicas complexas das células.

Com a nova técnica os pesquisadores podem, por exemplo, células-alvo que têm propriedades de câncer (maior taxa de divisão celular ou morfologia anormal), enquanto poupam seus vizinhos saudáveis.

"Um dos maiores desafios da biologia celular é a capacidade de manipular o ambiente celular da forma mais precisa possível, "disse o investigador principal Andre Levchenko, professor associado de engenharia biomédica na Johns Hopkins 'Whiting School of Engineering. Em estudos anteriores, Levchenko usou lab-on-a-chip ou dispositivos microfluídicos para manipular o comportamento celular. Mas, ele disse, os métodos lab-on-a-chip não são tão precisos quanto os pesquisadores gostariam que fossem. "Em chips microfluídicos, se você alterar o ambiente da célula, afeta todas as células ao mesmo tempo, " ele disse.

Esse não é o caso dos nanofios de ouro, que são cilindros metálicos com algumas centenas de nanômetros ou menos de diâmetro. Assim como o desavisado espectador de esportes sentiria apenas um leve toque de um palito caindo na cabeça, a célula reage apenas às moléculas liberadas do nanofio em um local muito preciso onde o fio toca a superfície da célula.

Com contribuições de Chia-Ling Chien, professor de física e astronomia na Escola de Artes e Ciências Krieger, e Robert Cammarata, professor de ciência de materiais e engenharia na Whiting School, a equipe desenvolveu nanofios revestidos com uma molécula chamada fator de necrose tumoral-alfa (TNF-alfa), uma substância liberada por macrófagos devoradores de patógenos, comumente chamados de glóbulos brancos. Sob certas condições celulares, a presença de TNF-alfa desencadeia células para ativar genes que ajudam a combater infecções, mas o TNF-alfa também é capaz de bloquear o crescimento do tumor e interromper a replicação viral.

Exposição a muito TNF-alfa, Contudo, faz com que um organismo entre em um estado potencialmente letal denominado choque séptico, Levchenko disse.

Felizmente, O TNF-alfa permanece estável uma vez que é liberado do fio para a superfície da célula, e porque o efeito do TNF-alfa é localizado, a pequena porção entregue pelo fio é suficiente para acionar a resposta celular desejada. Quase a mesma coisa acontece quando o TNF-alfa é excretado por um glóbulo branco.

Adicionalmente, o revestimento de TNF-alfa dá ao nanofio uma carga negativa, tornando o fio mais fácil de manobrar através dos dois campos elétricos perpendiculares do dispositivo "pinça", uma técnica desenvolvida por Donglei Fan como parte de sua pesquisa de doutorado da Johns Hopkins em ciência e engenharia de materiais.

"As pinças elétricas foram desenvolvidas inicialmente para montar, transportar e girar nanofios em solução, "Disse Cammarata." Donglei então mostrou como usar as pinças para produzir matrizes de nanofios padronizados, bem como construir nanomotores e nanoosciladores. Este novo trabalho com o grupo do Dr. Levchenko demonstra como essa técnica é extremamente versátil. "

Para testar o sistema, a equipe cultivou células do câncer cervical em um prato. Então, usando campos elétricos perpendiculares uns aos outros, eles foram capazes de acionar os nanofios em um local pré-estabelecido e colocá-los em um local preciso. "Desta maneira, podemos predeterminar o caminho que os fios irão percorrer e entregar uma carga molecular a uma única célula entre muitas, e até mesmo para uma parte específica da célula, "Levchenko disse.

Durante o curso deste estudo, a equipe também estabeleceu que o efeito desejado gerado pelo TNF-alfa fornecido por nanofios foi semelhante ao experimentado por uma célula em um organismo vivo.

Os membros da equipe imaginam muitas possibilidades para este método de entrega de moléculas subcelulares.

"Por exemplo, existem muitas outras maneiras de desencadear a liberação da molécula dos fios:foto liberação, liberação química, liberação de temperatura. Além disso, pode-se anexar muitas moléculas aos nanofios ao mesmo tempo, "Levchenko disse. Ele acrescentou que os nanofios podem ser feitos muito menores, mas disse que para este estudo os fios foram feitos grandes o suficiente para serem vistos com microscopia óptica.

Em última análise, Levchenko vê os nanofios se tornando uma ferramenta útil para a pesquisa básica.

"Com esses fios, estamos tentando imitar a maneira como as células se comunicam, ", disse ele." Eles poderiam ser uma ferramenta maravilhosa que poderia ser usada em pesquisa fundamental ou aplicada. "As aplicações de entrega de medicamentos podem estar muito mais distantes.

Levchenko disse, "Se os fios retiverem sua carga negativa, campos elétricos podem ser usados ​​para manipular e manobrar sua posição no tecido vivo. "