Nanorobots transforman células madre en células óseas
Nuevo método para la producción selectiva de células específicas
Por primera vez, investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) han conseguido utilizar nanorobots para estimular células madre con tal precisión que se transforman de forma fiable en células óseas. Para lograrlo, los robots ejercen presión externa en puntos específicos de la pared celular. El nuevo método ofrece posibilidades de tratamientos más rápidos en el futuro.
Los nanorobots de la profesora Berna Özkale Edelmann consisten en diminutas varillas de oro y cadenas de plástico. Varios millones de ellos están contenidos en un cojín de gel de sólo 60 micrómetros, junto con unas pocas células madre humanas. Alimentados y controlados por luz láser, los robots, que parecen bolitas diminutas, estimulan mecánicamente las células ejerciendo presión. "Calentamos el gel localmente y utilizamos nuestro sistema para determinar con precisión las fuerzas con las que los nanorobots presionan la célula, estimulándola", explica el profesor de nano y microrobótica de la TUM. Esta estimulación mecánica desencadena procesos bioquímicos en la célula. Los canales iónicos cambian sus propiedades y se activan proteínas, entre ellas una especialmente importante para la formación ósea.
Células cardíacas y de cartílago: encontrar el patrón de tensión correcto
Si la estimulación se lleva a cabo al ritmo adecuado y con la fuerza adecuada (baja), se puede provocar de forma fiable que una célula madre se convierta en una célula ósea en un plazo de tres días. Este proceso puede completarse en tres semanas. "El patrón de tensión correspondiente también se puede encontrar para las células del cartílago y del corazón", afirma Berna Özkale Edelman. "Es casi como en el gimnasio: entrenamos las células para un ámbito de aplicación concreto. Ahora sólo tenemos que averiguar qué patrón de estrés se adapta a cada tipo de célula", afirma la directora del Laboratorio de Bioingeniería Microbiótica de la TUM.
Las fuerzas mecánicas allanan el camino para la transformación en células óseas
El equipo de investigación produce células óseas utilizando células madre mesenquimales. Estas células se consideran las "células reparadoras" del organismo. Tienen un tamaño aproximado de 10 a 20 micrómetros y suelen ser capaces de transformarse en células óseas, cartilaginosas o musculares, por ejemplo. El reto: la transformación en células diferenciadas es compleja y ha sido difícil de controlar hasta ahora. "Hemos desarrollado una tecnología que permite aplicar fuerzas a la célula con gran precisión en un entorno tridimensional", explica Özkale Edelmann, científico de la TUM. "Esto representa un avance sin precedentes en este campo". Los investigadores creen que este método puede utilizarse incluso para producir cartílago y células cardíacas a partir de células madre humanas.
La automatización es el siguiente paso
Para los tratamientos, los médicos necesitarán en última instancia muchas más células diferenciadas: alrededor de un millón. "Por eso, el siguiente paso es automatizar nuestro proceso de producción para poder producir más células con mayor rapidez", afirma el profesor Özkale Edelmann.
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Publicación original
Chen Wang, Nergishan İyisan, Philipp Harder, Valentin H. K. Fell, Viktorija Kozina, Hendrik Dietz, Olivia M. Merkel, Berna Özkale; "Photothermally Powered 3D Microgels Mechanically Regulate Mesenchymal Stem Cells Under Anisotropic Force"; Advanced Materials, 2025-9-24
Nergishan İyisan, Fernando Rangel, Leonard Funke, Bingqiang Pan, Berna Özkale; "Hydrostatic Pressure Induces Osteogenic Differentiation of Single Stem Cells in 3D Viscoelastic Microgels"; Small Science, 2025-9-21
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