Blog original en inglés por Eric Melby
Traducido por Jeremy Miller
Recientemente se publicó un artículo mío en la revista Environmental Science: Nano junto con siete coautores del Centro de Nanotecnología Sostenible. El título es «La formación de bicapas lipídicas soportadas que contienen dominios de fases segregadas y su interacción con las nanopartículas de oro”.1 A primera vista, ese título puede ser confuso, pero ¡les prometo que todo tendrá sentido en seguida! Vamos a descomponerlo en trozos manejables y divertidos que todos podemos disfrutar.
Figura 1. Un desglose a lo John Madden de los jugadores importantes en el sistema que estudiamos en estos experimentos. ¡Se le recomienda que se haga referencia a esta figura a medida que lee este post! Observe que los tamaños de las nanopartículas de oro y la bicapa lipídica soportada en esta figura son ambos de 4 nanómetros (nm). ¡Se muestran aquí DIEZ MILLONES DE VECES más grandes que los 4 nm en realidad! (Imagen de Eric Melby)
«La formación de bicapas lipídicas soportadas …» No voy a pasar mucho tiempo en la primera parte del título ya que mi amiga y colega, Lisa Jacob de la Universidad de Illinois, ha escrito previamente una entrada de blog que trata sobre los lípidos y las bicapas lipídicas soportadas. Las bicapas lipídicas soportadas son básicamente las membranas celulares sintéticas que se pueden realizar en el laboratorio. Una membrana celular real se compone de MUCHÍSIMAS diferentes moléculas biológicas, incluso los fosfolípidos, los glicolípidos, el colesterol, las proteínas, los lipopolisacáridos, los peptidoglicanos … y podría seguir, pero creo que ya entiende el punto. A fin de reducir la complejidad de las membranas celulares reales, podemos hacer bicapas lipídicas soportadas en el laboratorio que están hechas de sólo unas pocas moléculas biológicas. Esto nos permite estudiar la importancia de las diferentes moléculas de modo individual. A menudo es más fácil estudiar un sistema simplificado (como las bicapas lipídicas soportadas), pero no se comporta exactamente igual que la membrana de una célula viva. Por desgracia, generalmente hay ventajas y desventajas por la simplicidad.
«… que contienen dominios de fases segregadas …» Es aquí donde las cosas se vuelven nuevas y emocionantes! A los dominios de fases segregadas también se les refiere a veces como «balsas lipídicas», entonces de aquí en adelante voy a llamarlos así (¡la simplicidad de nuevo!). Las balsas lipídicas son pequeñas regiones dentro de una membrana celular donde los lípidos son más bien embalados y la combinación de diferentes tipos de lípidos es diferente que en la mayoría de la membrana celular. Ellas funcionan como plataformas que permiten que se lleven a cabo ciertas funciones celulares. ¿Se acuerda de la película Castaway, cuando Tom Hanks estaba flotando en una balsa en el mar? Se puede pensar en balsas lipídicas de manera similar, pero en lugar de Tom Hanks hay moléculas biológicas específicas a las que les gusta estar asociadas con balsas lipídicas. Otro aspecto interesante de las balsas lipídicas es que se encuentren en las membranas celulares de muchos organismos diferentes, desde las plantas a los animales y las bacterias. Muchos científicos estudian las balsas lipídicas para comprender su importancia para las células vivas.
Figura 2. Flotar como una balsa lipídica dentro del mar de la membrana celular … (Foto de la Armada de EE.UU. de el periodista de 2ª clase J. Maurer)
Finalmente llegando al primer hallazgo interesante de este trabajo, hemos sido los primeros en explicar cómo hacer las bicapas lipídicas soportadas que contienen las balsas lipídicas que se puede estudiar con un instrumento llamado una microbalanza de cristal de cuarzo. Otro buen amigo, colega y coautor en esta publicación, Arielle Mensch de la Universidad de Wisconsin, escribió una entrada que explica este instrumento. Como científicos, siempre queremos estar muy seguros de nuestros resultados antes de su publicación, así que confirmamos la presencia de estas balsas lipídicas utilizando tanto el microscopio de fuerza atómica (véase la Figura 3 abajo) y las técnicas de microscopía de fluorescencia increíble de super-resolución disponibles en el Pacific Northwest National Laboratory (¡el lugar que ahora llamo mi hogar científica!). (Vea nuestro blog aquí (en español) y aquí (en inglés ) para más información sobre la microscopía de super-resolución.)
Éste fue un hallazgo importante porque, como he mencionado antes, muchos científicos estudian las balsas lipídicas, y la microbalanza de cristal de cuarzo ofrece una nueva manera de estudiar los procesos biológicos dinámicos que ocurren en estas secciones especiales de la membrana.
Figura 3. Las balsas lipídicas pueden verse amarillas en la imagen generada por el microscopio de fuerza atómica (izquierda) y negras en la imagen generada por un microscopio de fluorescencia de super-resolución (derecha). (Imagen por Eric Melby)
«… y su interacción con las nanopartículas de oro.» En el Centro de Nanotecnología Sostenible nuestro objetivo principal es investigar los mecanismos moleculares fundamentales por los que las nanopartículas interactúan con los sistemas biológicos. A través de estas investigaciones esperamos rediseñar nanopartículas que son a la vez útiles y ambientalmente seguras. En el caso de esta publicación, no nos limitamos a usar la microbalanza de cristal de cuarzo, porque nadie la había hecho antes. La usamos para averiguar cómo la presencia de balsas lipídicas en las bicapas lipídicas soportadas impacta la interacción de las membranas celulares con nanopartículas de oro. Hemos encontrado que, bajo ciertas condiciones, la presencia de las balsas lipídicas resulta en que más nanopartículas de oro con carga positiva se fijen a las bicapas lipídicas soportadas que cuando no había balsas lipídicas. Como ya he dicho, las balsas lipídicas se encuentran en las membranas celulares de muchos organismos diferentes, así que este hallazgo tiene implicaciones potencialmente amplias para la comprensión de lo que sucede cuando las nanopartículas de oro entran en contacto con las células.
Una de las muchas bellezas de la ciencia es que los resultados de nuestros experimentos casi siempre conllevan nuevas preguntas. Por ejemplo, ¿por qué es que las nanopartículas se asocian más frecuentemente con las bicapas lipídicas soportadas que tienen balsas lipídicas? ¿Vamos a observar el mismo resultado en bicapas lipídicas soportadas que contienen más de las moléculas biológicas complejas que se encuentran en las membranas celulares reales? ¿Importa el tipo de la nanopartícula, o mostrarán todas las nanopartículas cargadas positivamente el mismo resultado como lo del oro? ¿Qué significaría este aumento en la asociación entre las nanopartículas para una célula viva? Vamos a trabajar mucho para responder a estas y muchas otras preguntas, así que estén atentos a nuestro blog para los detalles de último minuto!
Esta entrada es parte de nuestra serie en curso de resúmenes accesibles para el público que describen los artículos de investigación que han sido publicados por miembros del Centro de Nanotecnología Sostenible. Este estudio comparativo se llevó a cabo por investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison, Pacific Northwest National Laboratory, y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Eric Melby, un estudiante de doctorado de la Universidad de Wisconsin-Madison, actualmente localizado en PNNL, fue el primer autor del artículo. El artículo fue publicado por primera vez en línea en septiembre de 2015 en Environmental Science: Nano.1
RECURSOS INFORMATIVOS (en inglés):
- Animación de TedEd: Los detergentes para vajillas nos dan entendimiento de las membranas celulares – por Ethan Perlstein
- Algunas actividades en la célula por Ellen McHenry, incluyendo un modelo de mosaico fluido, una actividad grupal sobre las membranas humanas y un modelo de papel de una membrana en 3D
- Melby E., Mensch A., Lohse S., Hu D., Orr G., Murphy C., Hamers R., & Pedersen J. Formation of supported lipid bilayers containing phase-segregated domains and their interaction with gold nanoparticles. Environmental Science: Nano, 2015. doi: 10.1039/C5EN00098J
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