Investigadores del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA, CSIC–UNIZAR) acaban de publicar el trabajo en la prestigiosa revista científica Advanced Functional Materials. El hallazgo, validado por ahora en modelos in vitro, representa un avance relevante en magnetogenética y podría facilitar en el futuro tratamientos menos invasivos para trastornos del movimiento o patologías vasculares.
Un equipo del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), que es un instituto mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza (Unizar), ha desarrollado MagPiezo, una nueva estrategia que permite activar células a distancia utilizando imanes y nanopartículas magnéticas sin modificar previamente su material genético. Hasta ahora, este tipo de activación remota sólo se había logrado alterando genéticamente las células para que expresaran proteínas donde anclar selectivamente nanopartículas magnéticas. Este paso, que implica un alto coste y puede dificultar la translación de esta tecnología a la clínica, se consideraba imprescindible para introducir de manera artificial un receptor y garantizar así una activación selectiva.
Este nuevo trabajo demuestra que es posible alcanzar esa misma especificidad anclando las nanopartículas directamente a receptores naturales de la célula, sin necesidad de modificar previamente su ADN para introducirlos de forma artificial. Este enfoque supone un avance significativo en el campo de la magnetogenética y abre nuevas vías para modular de manera controlada procesos biológicos complejos, con potencial aplicación futura en trastornos del movimiento, patologías vasculares e infartos entre otros. Por el momento, el hallazgo se ha validado en modelos celulares in vitro, por lo que será necesario avanzar hacia las siguientes fases de investigación para evaluar su posible translación clínica. El estudio se ha publicado en la prestigiosa revista Advanced Functional Materials.
¿Qué es la magnetogenética?
La magnetogenética es una técnica que utiliza campos magnéticos y nanopartículas magnéticas -partículas miles de veces más pequeñas que el grosor de un cabello- ancladas a receptores específicos celulares, llamados mecanorreceptores. Estos receptores, generalmente proteínas presentes en la membrana celular, son capaces de detectar y responder a fuerzas mecánicas, como la presión y la tensión. De forma natural, nuestras células son capaces de detectar a través de estos receptores estímulos tan diversos como la presión o el estiramiento, lo que es clave en procesos como la audición, el tacto o la regulación de la presión arterial.
Cuando se aplica un campo magnético externo, esas nanopartículas actúan como pequeñas virutas metálicas que son atraídas por el imán, generando una pequeña fuerza. Esa fuerza “tira” del receptor al que están ancladas las nanopartículas en la célula y puede activarlo, como si la célula hubiera recibido una señal mecánica natural. Lo más importante es que la activación de estos receptores se consigue sin contacto físico directo, y desde el exterior celular, únicamente cuando se aplica el campo magnético, lo que permite una activación remota y temporalmente controlada.
En estudios anteriores, esta técnica se ha utilizado principalmente en el cerebro de modelos animales para estimular neuronas implicadas en el movimiento o el comportamiento, consiguiendo que los ratones se muevan o, por ejemplo, coman a voluntad solo cuando se aplican los campos magnéticos.
El avance: activar a distancia receptores naturales, sin modificar la célula
El trabajo ha sido liderado por varios científicos del INMA del grupo Bionanosurf con una amplia trayectoria en el desarrollo de nanopartículas magnéticas para aplicaciones en biotecnología y biomedicina. El trabajo lo firma como primera autora Susel Del Sol-Fernández, que estuvo al frente de este proyecto en el INMA durante su etapa como investigadora Marie-Sklodowska Curie y que actualmente se encuentra en el Instituto de Ciencias Físicas de la Universidad Nacional Autónoma de México. Entre los autores se encuentran María Moros, Raluca M. Fratila, Thomas van Zanten, María Rosaria de Simone (investigadores CSIC en el INMA), y Pablo Martínez-Vicente (Unizar en el INMA).
También han participado Yilian Fernández-Afonso (actualmente en el ICMM Madrid) y Daniel García-González (Universidad Carlos III). Esta línea de investigación en magnetogenética, introducida en el INMA con la concesión de una ERC Starting Grant a María Moros en 2020, ha continuado bajo el paraguas de otros proyectos nacionales liderados por María Moros y Raluca M. Fratila para activar de forma remota diferentes mecanorreceptores.
Magpiezo se ha probado en células endoteliales de vasos sanguíneos utilizando el receptor mecanosensible Piezo1, una proteína clave para que las células respondan a fuerzas físicas como la presión generada por el flujo sanguíneo. El descubrimiento de este receptor fue reconocido con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina a Ardem Patapoutian en 2021.
Para lograr esta activación selectiva, el equipo ha optimizado cuidadosamente la “decoración” o funcionalización de las nanopartículas magnéticas, recubriéndolas con anticuerpos orientados de manera controlada. De esta manera, las partículas reconocen directamente el receptor natural Piezo1 de la célula y se anclan a él con alta precisión. Otra de las particularidades del trabajo es el desarrollo de un dispositivo magnético acoplado al microscopio, que permitió observar en tiempo real cómo la estimulación magnética activaba el receptor y desencadenaba las respuestas celulares esperadas, equivalentes a las que se producen de manera natural ante estímulos mecánicos.
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