Científicos promueven el estudio de frágiles orgánulos digestivos desarrollando una logística para extraerlos rápidamente de las células utilizando nanopartículas magnéticas – ScienceDaily

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El buen funcionamiento de nuestras células se basa en la orquestación precisa de muchos procesos y orgánulos complejos. Los lisosomas, orgánulos de células viables, son subunidades llenas de enzimas que se encuentran dentro de muchas células animales y que ayudan a descomponer y reutilizar macromoléculas, como proteínas, lípidos y nucleótidos. Además de su función en la digestión celular y el manejo de desechos, los lisosomas también participan en la señalización de aminoácidos, que estimulan la síntesis de proteínas junto con otros efectos.

Dado que muchas enfermedades son causadas por defectos en la función de los lisosomas, no sorprende que los investigadores hayan estado tratando activamente de comprender estos orgánulos durante décadas. Pero solo hay unas pocas técnicas que permiten la extracción de lisosomas desde el interior de una célula. El método más común se llama «ultracentrifugación en gradiente de densidad». Implica la ruptura suave de la membrana celular y la aplicación de una fuerza centrífuga al contenido de la célula. Esto separa los componentes celulares por densidad. Desafortunadamente, algunos otros orgánulos tienen la misma densidad que los lisosomas, lo que genera muestras con impurezas. Además, el proceso lleva tanto tiempo que, cuando finaliza, muchas proteínas lisosomales ya se han perdido y/o degradado.

Una técnica más avanzada, llamada «inmunoprecipitación», se basa en la modificación de las proteínas de la superficie de los lisosomas para que puedan ser capturadas por perlas magnéticas recubiertas con anticuerpos especialmente diseñados. Aunque este enfoque produce resultados más puros, la composición de proteínas de los lisosomas extraídos cambia con el procedimiento y, por lo tanto, los análisis de proteínas posteriores pueden verse comprometidos. Está claro, por lo tanto, que necesitamos encontrar una mejor manera de extraer los lisosomas de las células.

Afortunadamente, un equipo de científicos dirigido por el Prof. Shinya Maenosono del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) dio un paso adelante y desarrolló una nueva estrategia para separar rápidamente los lisosomas intactos con alta pureza. Este estudio fue publicado en ACS Nano y también incluyó al Prof. Kazuaki Matsumura y al Prof. Asociado Yuichi Hiratsuka de JAIST, y al Prof. Tomohiko Taguchi de la Universidad de Tohoku, Japón.

Su estrategia se centra en el uso de nanopartículas híbridas magnético-plasmónicas (MPNP) hechas de plata y una aleación de hierro-cobalto y recubiertas con un compuesto llamado amino dextrano (aDxt). La base de este enfoque es que las MPNP recubiertas con aDxt son ingeridas de forma natural por las células a través de la «endocitosis», que culmina en los lisosomas. Una vez que se han acumulado suficientes MPNP dentro de los lisosomas, las células se pueden «romper» suavemente y los lisosomas se pueden recuperar usando imanes.

Para que este método funcione, es esencial que los MPNP se encuentren solo dentro de los lisosomas y no en otros orgánulos. Aquí es donde las imágenes plasmónicas son útiles, ya que la forma distinta en que las nanopartículas plasmónicas interactúan con la luz las hace fáciles de ver con un microscopio óptico. Al teñir cada tipo de orgánulo en la vía endocítica de manera diferente usando inmunotinción y controlando cómo la posición de los MPNP se superponen con ellos, los investigadores determinaron el tiempo preciso que tardó la mayoría de los MPNP en llegar a los lisosomas. A su vez, esto garantiza que el proceso de separación produzca muestras de lisosomas de alta pureza.

A continuación, el equipo analizó los efectos de la temperatura y el tiempo de separación magnética en la composición proteica de los lisosomas extraídos. Sus resultados mostraron que la pérdida de proteínas fue notablemente rápida, incluso a temperaturas tan bajas como 4 °C. Afortunadamente, su enfoque fue lo suficientemente rápido para extraer los lisosomas intactos, como señala el profesor Maenosono: «Descubrimos que el tiempo máximo requerido para aislar los lisosomas después de la ruptura celular fue de 30 minutos, que es sustancialmente más corto que el tiempo requerido usando centrifugación- técnicas basadas, que normalmente requieren un tiempo mínimo de separación de varias horas «.

En general, esta nueva técnica ayudará a los investigadores a explorar los frágiles metabolitos de los lisosomas y cómo cambian en respuesta a los estímulos. A su vez, esto allanará el camino para nuevos conocimientos sobre los trastornos relacionados con la disfunción lisosomal. Al respecto, el Prof. Maenosono comenta: “Dada la profunda relación de los lisosomas con muchos metabolitos celulares, se necesita una comprensión más profunda de la función lisosomal para determinar su regulación en diferentes estados celulares. Por lo tanto, nuestra técnica puede contribuir a una mejor comprensión y tratamiento. de enfermedades lisosomales en el futuro». Además, este nuevo enfoque podría modificarse para extraer otros orgánulos además de los lisosomas. Con suerte, este estudio nos acercará a la comprensión del contenido celular en un nivel mucho más alto.

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