Investigadores de CIC biomaGUNE han desarrollado un método experimental, denominado STREM (Stress Relaxation Microscopy), para caracterizar de manera completa las propiedades mecánicas de diversos tipos de biomateriales. El nuevo método, cuya descripción y primera aplicación se ha publicado en la revista Journal of Biomechanics, puede convertirse en una potente herramienta de detección y diagnóstico para algunas enfermedades como el cáncer de mama.

Recientes hallazgos en el campo de la biología celular indican que las propiedades mecánicas de las células, incluso de células embrionarias, influyen en su futuro desarrollo y función. Estos estudios demuestran que la naturaleza tumoral de las células viene asociada con un cambio en su mecánica. Es aquí donde STREM puede desempeñar un papel como herramienta de detección y diagnóstico, ya que los mapas multiparamétricos podrían localizar de manera precisa tales cambios y al mismo tiempo proporcionar una idea sobre su naturaleza, haciendo posible la identificación de tipos celulares y malformaciones.

El trabajo ha sido llevado a cabo por los investigadores de CIC biomaGUNE Susana Moreno-Flores y José Luis Toca-Herrera, en colaboración con María del Mar Vivanco, de CIC bioGUNE, y Rafael Benítez, de la Universidad de Extremadura

STREM se basa en el estudio de la relajación de la tensión mecánica que se aplica sobre el biomaterial sometido a deformación constante. Este enfoque, combinado con microscopías clásicas de fuerza atómica y óptica, proporciona una descripción a modo de imagen multiparamétrica del biomaterial. El método permite obtener mapas de la topografía tridimensional, de la deformación causada por la tensión aplicada, de la energía total y de la energía disipada empleada en deformarlo, así como de los tiempos de relajación de los procesos viscoelásticos que suceden.

En particular, STREM se ha aplicado a células vivas de cáncer de mama (MCF-7), dando cuenta de la complejidad celular. Se ha podido determinar, entre otras magnitudes, la deformación causada por la aplicación de tensiones locales en la célula, así como los tiempos de relajación del citoesqueleto y de la membrana celular en el ámbito micrométrico.

El trabajo, desarrollado durante los tres últimos años, representa un avance en el campo de la mecánica de biomateriales, y en particular en técnicas físicas aplicadas a la biología celular. En palabras de José Luis Toca-Herrera, “hasta el momento, el estudio de la mecánica de células adherentes había asumido modelos simplificados en los que no se tenía en cuenta la complejidad mecánica y morfológica de las mismas”. “Este método novel proporciona una descripción cuantitativa más completa de la biomecánica celular a la vez que vincula las propiedades mecánicas a la morfología y estructura celulares”, señala.

Actualmente, el equipo de investigación se encuentra completando el método STREM utilizando el mismo dispositivo experimental, con el objetivo de dar lugar a una más completa descripción mecánica de biomateriales, esto es, permitiendo la determinación de los módulos de compresibilidad y las viscosidades del material. De forma paralela, también se está aplicando STREM para distinguir el efecto producido por fármacos sobre la membrana y el citoesqueleto de células cancerígenas. El método también está pensado para aplicarlo en el futuro a células embrionarias.

CIC biomaGUNE, investigación de referencia

Desde su inauguración en diciembre de 2006, CIC biomaGUNE, situado en el Parque Tecnológico de San Sebastián, se ha ido afianzando como institución de investigación de referencia gracias a la labor de un equipo de alrededor de setenta investigadores cualificados, procedentes de todo el mundo, que desarrollan su trabajo en las tres Unidades de Investigación que componen el centro: la Nanomateriales Biofuncionales, Biosuperficies y la nueva Unidad de Imagen Molecular.

Con sus dos equipamientos principales –un ciclotrón y un escáner de imagen por resonancia magnética-, la nueva unidad, que se inaugurará oficialmente este año, será la más potente del Estado y la única instalación vasca declarada por el Gobierno español infraestructura científico-tecnológica singular.