Los cristales líquidos son familiares para la mayoría de nosotros como aquel material utilizado para hacer pantallas de ordenador y televisores. Incluso para los científicos, no ha sido fácil de encontrar otras formas de utilizarlos.
Ahora un grupo de investigadores de la Universidad del Instituto de Chicago para la Ingeniería Molecular (IME) está poniendo cristales líquidos para trabajar en un reino completamente inesperado: como detectores para las fibras de proteínas implicadas en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Su enfoque novedoso promete una manera más fácil y menos costosa para detectar estas fibras y de hacerlo en una etapa mucho más temprana de su formación, antes de la etapa en la que se cree que es la más peligrosa.
«Es extremadamente importante que se desarrollen las técnicas que nos permitan detectar la formación de estas llamadas fibrillas amiloides cuando están empezando a crecer», dijo Juan de Pablo, cuyo grupo hizo el nuevo trabajo. «Hemos desarrollado un sistema que permite detectarlas de manera sencilla y económica. Y la sensibilidad parece ser muy alta.»
Fibrillas de amiloide son agregados de proteínas que se asocian en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Huntington, Parkinson, Alzheimer y la enfermedad de las vacas locas, así como en la diabetes de tipo II, donde se dañan los islotes pancreáticos. A los científicos les gustaría seren capaces de estudiar su formación, tanto por razones terapéuticas y de modo que puedan probar el efecto de los nuevos fármacos en la inhibición de su crecimiento. Pero las fibrillas que se creen que son más perjudiciales son demasiado pequeñas como para verse con un microscopio óptico. Así que los científicos se han basado en técnicas fundadas en la dispersión por fluorescencia o neutrones, muy elaboradas y costosas para estudiarlas.
Un enfoque diferente
El grupo de Pablo adoptó un enfoque completamente diferente. Ellos estudiaron la forma en que un cristal líquido responde a una perturbación en su superficie. Los científicos hicieron una película de una molécula de cristal líquido llamado 5CB, que de Pablo llama la «mosca de la fruta» de la investigación de cristal líquido, ya que está tan bien estudiada. Luego se aplican productos químicos para la película 5CB que causó que las moléculas se alineen de tal manera como para bloquear el paso de la luz. Flotante en la parte superior de la película era una membrana hecha de moléculas parecidas a las que se encuentran en las membranas de las células biológicas. Y encima de lo que era agua, los científicos inyectaron las moléculas que se forman espontáneamente en los agregados tóxicos.
«A medida que crecen los agregados en la membrana, imprimen su forma en el cristal líquido por debajo», dijo de Pablo, el profesor Liew en Ingeniería Molecular. «Las moléculas de cristal líquido que se encuentran en la interfaz se distorsionan: adoptan una orientación diferente, por lo que la luz ahora puede pasar.»
Esta alteración en la membrana – la huella de las fibras de proteínas – se transmite a través de la película de cristal líquido, en efecto amplificándola.
Las fibras pueden ser decenas de nanómetros de diámetro y un centenar de nanómetros de largo, mucho más pequeñas que un glóbulo rojo. Pero la perturbación que crean se magnifica por el cristal líquido de manera que sea lo suficientemente grande como para ser visto a la luz polarizada con un microscopio óptico simple.
Puntos brillantes microscópicos
Visto a través del microscopio, los agregados aparecen como pequeños puntos brillantes en un mar negro: brillante en el que el cristal líquido se ha perturbado a dejar pasar la luz. «El cristal líquido está en realidad reportando lo que está sucediendo a los agregados en la interfaz», dijo de Pablo. «Y estos puntos brillantes se hacen más grandes y adoptan la forma de las fibras reales que la proteína está formando. Excepto que usted no está viendo las fibras, lo que se está viendo es la respuesta del cristal líquido a las fibras.»
El trabajo del equipo de De Pablo fue publicado online 09 de septiembre 2015, por la revista Advanced Functional Materials. Co-autor del artículo eran IME científicos Monirosadat Sadati, Julio Armas-Pérez, José Martínez-González, y Juan Hernández-Ortiz, así como Aslin Izmitli-APIK y Nicholas Abbott, de la Universidad de Wisconsin en Madison.
Se basaron fundamentalmente en modelos moleculares teóricos, tanto para ayudar a guiar a través del sistema real y para ayudarles a entender lo que estaban viendo. Ahora están desarrollando sensores para las fibrillas de amiloide que pueden permitir experimentadores a utilizar gotitas de cristales líquidos en emulsión en lugar de las superficies planas utilizadas en los experimentos de prueba de concepto.
Eso, dijo de Pablo, sería mucho más fácil para las personas a utilizar. Él imagina científicos finalmente seren capaces de probar pequeñas muestras de sangre u otro fluido corporal utilizando los nuevos detectores, o para los investigadores de fármacos para poner las proteínas amiloides en el agua, inyectarse en el, y estudiar cómo la droga influye en el crecimiento de los agregados con el tiempo .
«Para la investigación en la diabetes tipo II o el Alzheimer o el Parkinson, esta es una plataforma fácil de realizar las pruebas, a una fracción del coste de lo que se requiere para la fluorescencia o dispersión de neutrones y que sería muy útil.»
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