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Un trozo de vida de laboratorio
El estudiante de posgrado Colin Buss experimenta con una técnica que podría ayudar a frenar un glóbulo blanco de rendimiento excesivo. 22 de agosto de 2018
Colin Buss, investigador graduado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, dice que no es una exageración llamar al BD LSRFortessa su mejor amigo. Hemos pasado muchos sábados por la tarde juntos, dice Buss sobre el citómetro de flujo, que se usa para contar y clasificar células en una solución. Después de colocar un tubo de muestras de células en el dispositivo y una boquilla de metal aspira el líquido, la maquinaria separa las células individuales y las analiza exponiéndolas a una variedad de láseres. Fortessa puede procesar mil células por segundo, ahorrando a investigadores como Buss incontables horas de mirar en un microscopio. No es de extrañar que sean amigos.
Incluso cuando utiliza técnicas de vanguardia en su campo, Buss, al igual que muchos de los otros 6900 estudiantes de posgrado en todo el campus, dedica muchas horas al laboratorio para realizar tareas aparentemente rutinarias. Pero el potencial de su investigación está lejos de ser mundano. La tecnología que está probando al examinar todas esas células podría conducir a mejores tratamientos para la sepsis, una condición en la que la reacción exagerada del cuerpo a una infección daña sus propios tejidos y órganos. Cada año, unos 250 000 estadounidenses mueren a causa de la sepsis, que se estima que mata a más de cinco millones de personas al año en todo el mundo.
Buss terminó trabando amistad con Fortessa en el MIT después de inspirarse en el trabajo del profesor de bioingeniería Sangeeta Bhatia, SM '93, PhD '97, que estaba desarrollando diagnósticos y terapias contra el cáncer que hacían uso frecuente de nanopartículas como tecnología de administración. Buss había estudiado ingeniería química en Cornell e inicialmente consideró convertirse en médico, pero se dio cuenta de que estaba más interesado en la investigación médica. Siento que puedo tener un mayor impacto desarrollando una nueva técnica terapéutica en lugar de tratar a los pacientes directamente, dice. Ansioso por ayudar a expandir la tecnología de nanopartículas de Bhatia a nuevas áreas de aplicación, como dirigirse a las células del sistema inmunológico, se unió a su Laboratorio de Tecnologías Regenerativas Multiescala en el Instituto Koch hace cinco años. Su investigación allí como estudiante de doctorado lo ha empujado a aprovechar su ingeniero interno, dice, para encontrar una solución a una pregunta realmente interesante.
La pregunta que ahora tiene su atención es si la respuesta natural del sistema inmunitario a la infección se puede ajustar con un poco de manipulación genética habilitada por nanotecnología. Así que hoy está usando Fortessa para analizar muestras de glóbulos blancos que recolectó de ratones. Anoche, hizo que varios ratones inhalaran bacterias en el aire, lo que provocó que desarrollaran una infección en tres o cuatro horas. Temprano esta mañana, les inyectó nanopartículas que contenían un pequeño ARN de interferencia (ARNip). Y si todo salió según lo planeado, dice Buss, la introducción de ese material genético en su torrente sanguíneo debería ayudar a regular la respuesta de su sistema inmunológico a la infección.
El candidato a doctorado Colin Buss alguna vez consideró ser médico, pero decidió que podía ayudar a más personas desarrollando terapias. Así que se unió al Laboratorio de Tecnologías Regenerativas Multiescala de Sangeeta Bhatia para trabajar con ella en el uso de la administración de fármacos basada en nanopartículas para combatir enfermedades infecciosas.
Los cuerpos de los ratones reaccionan a las infecciones de la misma manera que los humanos. Cuando las células inmunitarias que circulan constantemente en el torrente sanguíneo detectan la presencia de un intruso, como un virus, una bacteria o un hongo, activan la respuesta inmunitaria del cuerpo y reclutan muchos pelotones de células defensoras, incluidas varias de las cinco variedades de células blancas. células sanguíneas—para unirlas en el sitio de la infección. Buss está estudiando los monocitos, un tipo de glóbulos blancos que a menudo hacen su trabajo demasiado bien, reclutando demasiadas otras células y creando demasiada inflamación. Si bien una cierta cantidad de inflamación localizada en el sitio de la infección es crucial para destruir el patógeno invasor, la inflamación prolongada y generalizada que se produce en la sepsis puede provocar daños y fallas en los órganos. Con infecciones en órganos sensibles como los pulmones y el corazón, su respuesta inmunológica puede querer arrojar todo lo que tiene a las bacterias, dice Buss. Pero demasiada inflamación y muy poco enfoque en la regulación del resto de su cuerpo pueden matarlo antes de que lo haga la infección.
Su respuesta inmunológica puede querer arrojar todo lo que tiene a las bacterias. Pero demasiada inflamación... en realidad puede matarlo antes de que lo haga la infección.
Las nanopartículas portadoras de siRNA, que diseñó Buss, están destinadas a controlar esa inflamación. Un recubrimiento molecular diseñado les ayuda a sobrevivir nadando a través del torrente sanguíneo y les permite acoplarse a las membranas de los monocitos para descargar su carga. El siRNA luego se desliza en el proceso de replicación del ADN de las células, bloqueando la producción de una proteína de señalización que actúa como un faro químico para reclutar otros monocitos al sitio de la infección. El desafío radica en asegurarse de que los paquetes de siRNA no interfieran con otras variedades de células inmunitarias ni apaguen los monocitos por completo. Todavía queremos que los monocitos reaccionen a la infección, dice Buss. Simplemente no queremos que reaccionen de forma exagerada.
El experimento de hoy está diseñado para probar si las nanopartículas llegaron a su destino previsto. Entonces, después de aislar los glóbulos blancos de las muestras de sangre, los codifica por colores. Cada tipo de glóbulo blanco tiene una combinación única de receptores de superficie, muelles de carga que se utilizan para unirse e interactuar con otras células. Buss marca las células con una variedad de tintes diseñados para adherirse solo a un receptor específico, lo que le permite clasificarlas por tipo de célula. (Los monocitos, por ejemplo, emitirán luz azul, blanca y amarilla en Fortessa). Buss también ha teñido de rosa sus nanopartículas. Entonces, si la entrega fue exitosa, los monocitos también deberían brillar de color rosa cuando los pase a través de los láseres de Fortessa. Y al contar la cantidad de otros glóbulos blancos que también emiten rosa, Buss podrá determinar cuántos recibieron paquetes de siRNA no deseados.
Para codificar por colores los glóbulos blancos, Buss usa una propipeta, un instrumento que parece una pistola de pegamento caliente, para dispensar tinte en sus soluciones. Sus movimientos son rítmicos: inserte la pipeta en una nueva punta estéril, succione la solución, dispense la solución, arroje la punta usada a un balde de desechos biológicos y repita. La creación de docenas de muestras, incluidas las muestras de control para calibrar correctamente Fortessa, es un trabajo repetitivo, pero Buss dice que ha encontrado su ritmo.
En sus años trabajando en el laboratorio, dice Buss, ha visto la creciente promesa de tecnologías diminutas para crear efectos más precisos y ajustables en los procesos biológicos de los seres vivos. Tecnologías como el siRNA en nanopartículas permiten a los investigadores concentrarse en un comportamiento en un grupo específico de células, una precisión que durante mucho tiempo ha estado fuera del alcance de las terapias farmacológicas para el cáncer y las enfermedades infecciosas. La terapia con ARNsi nos brinda la capacidad de controlar las células a nivel de los genes individuales, algo que tradicionalmente ha sido difícil con los medicamentos de molécula pequeña, dice. Por lo tanto, muchos medicamentos tienen múltiples efectos secundarios adversos.
Buss espera que sus experimentos con nanopartículas, incluido el trabajo anterior en el que se centró en las células cancerosas, sean su proyecto de tesis. La mayor diferencia entre el trabajo de cáncer y el trabajo de enfermedades infecciosas es la escala de tiempo, dice. Con el cáncer, inoculas a los ratones y trabajas en el transcurso de un mes. Con las enfermedades infecciosas, todo tiene que pasar en 24 horas.
Con el tiempo en marcha en su experimento de siRNA, Buss lleva sus muestras teñidas por tres tramos de escaleras en una caja de hielo de espuma de poliestireno para pasarlas por Fortessa. A medida que los glóbulos blancos resuenan a través del laberinto de láseres en el interior, comienzan a aparecer pequeños puntos en un diagrama de dispersión en el monitor. Se inclina hacia adelante y examina las muchas parcelas a medida que las células comienzan a agruparse.
¿Ves eso? dice, alternando entre las gráficas de azul, blanco y amarillo (los colores de tinte correspondientes a los receptores en los monocitos) y la gráfica correspondiente a la etiqueta rosa en los paquetes de siRNA. Los puntos se agrupan en el mismo lugar en todos ellos, lo que significa que sus paquetes encontraron los monocitos y descargaron su carga. Tendrá que examinar los resultados de los otros tipos de glóbulos blancos para ver si también recibieron los paquetes de siRNA. Y quedan por delante cientos de repeticiones de este mismo experimento. Pero por ahora, mira el diagrama de dispersión que le dice que sus nanopartículas encontraron su objetivo. Ese es hermoso, dice.