Uso del grafeno para detectar células cancerosas

Utilizando la espectroscopia Raman en el desarrollo de una nueva tecnología, que podría mejorar el diagnóstico y la monitorización del cáncer, los investigadores han utilizado por primera vez el grafeno para poder diferenciar el cáncer de las células sanas. El sistema también podría utilizarse para diferenciar entre varios tipos de células o actividades celulares.

Haciendo la interfaz de las células cerebrales con el grafeno, los investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago (Chicago, IL, EUA) han demostrado que pueden diferenciar una sola célula cancerosa hiperactiva de una célula normal, señalando el camino para poder desarrollar una herramienta no invasiva o menos invasiva para el diagnóstico precoz del cáncer. “Este sistema de grafeno es capaz de detectar el nivel de actividad de una sola célula en interfaz”, dijo Vikas Berry, profesor asociado de la UIC, quien dirigió la investigación junto con Ankit Mehta, profesor asistente de la Facultad de Medicina en la UIC.

“El grafeno es el material más delgado conocido y es muy sensible a lo que sucede en su superficie”, agregó el profesor Berry. El nanomaterial se compone de una sola capa de átomos de carbono unidos en un patrón hexagonal en forma de alambre de gallinero y todos los átomos comparten una nube de electrones que se mueven libremente alrededor de la superficie. “La interfaz de la célula con el grafeno reordena la distribución de la carga en el grafeno, lo cual modifica la energía de la vibración atómica detectada por la espectroscopia Raman”, explicó. La espectroscopia Raman se utiliza rutinariamente para estudiar el grafeno. La energía de vibración atómica en la red cristalina del grafeno difiere, dependiendo de si está en contacto con una célula cancerosa o una célula normal porque la hiperactividad de la célula cancerosa conduce a una carga negativa más alta en su superficie y a la liberación de más protones. El campo eléctrico alrededor de la célula expulsa a los electrones de la nube de electrones del grafeno, que cambia la energía de vibración de los átomos de carbono. El cambio en la energía de vibración puede ser señalado por mapeo Raman, con una resolución de 300 nanómetros, una situación que permite caracterizar la actividad de una sola célula.

Recientemente, el profesor Berry y otros compañeros de trabajo habían introducido ondulaciones a nanoescala en el grafeno, haciendo que se comportara de manera diferente en direcciones perpendiculares, útil para la electrónica. Ellos arrugaron el grafeno cubriéndolo con una cadena de bacterias en forma de bacilos y luego redujeron los gérmenes utilizando el vacío. “Tomamos el trabajo anterior y hasta cierto punto, lo volteamos”, dijo el Prof. Berry, “En lugar de colocar grafeno en las células, pusimos células en el grafeno y estudiamos las vibraciones atómicas del grafeno”.

El nuevo estudio examinó las células cerebrales humanas cultivadas, comparando los astrocitos normales con su contraparte cancerosa, el tumor cerebral, altamente maligno, glioblastoma multiforme. La técnica se está estudiando ahora en un modelo de cáncer de ratón, con resultados que son “muy prometedores”, dijo el profesor Berry. Los experimentos con biopsias de pacientes se harán más adelante.

“Una vez que a un paciente le practican una cirugía para un tumor cerebral, podríamos usar esta técnica para ver si el tumor recae”, dijo el Prof. Berry, “Para esto, necesitaríamos una muestra de células que podríamos hacer interactuar con el grafeno y ver si las células cancerosas aún están presentes”.

La misma técnica también puede trabajar para diferenciar otros tipos de células o la actividad de las células. “Podemos utilizarlo con bacterias para ver rápidamente si la cepa es Gram-positiva o Gram-negativa”, dijo el Prof. Berry, “Podemos ser capaces de usarlo para detectar células falciformes”.

El estudio, publicado por Keisham B et al, fue publicado el 14 de noviembre de 2016 en la revista ACS Applied Materials and Interfaces.

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University of Illinois at Chicago