Las células son los bloques básicos que conforman la vida tal y como la conocemos. En los laboratorios de investigación biomédica se manipulan estos bloques para desentrañar toda la información que poseen. Esto puede resultar muy laborioso. Hay que tener en cuenta que esos bloques están vivos y los métodos de medida deben estar muy verificados para no acabar con dichas células. Actualmente existen líneas de investigación encargadas de encontrar nuevos procedimientos y herramientas para manipular las células. Esta labor es de vital importancia para poder comprender mejor el funcionamiento de las propias células, su interacción con el entorno, o incluso buscar nuevas posibilidades terapéuticas para tratar enfermedades.

En este contexto, se enmarca la labor investigadora del grupo de Diseño y Test de Circuitos Integrados de Señal Mixta que realiza su actividad en el Instituto de Microelectrónica de Sevilla (IMSE-CNM, CSIC-US). En su línea de investigación sobre circuitos y sistemas biomédicos, uno de los objetivos principales del grupo es el desarrollo de una técnica de medida que permita contar células empleando circuitos electrónicos. 

Las pruebas de fármacos suelen realizarse siempre primero sobre células en placas de laboratorio para analizar su toxicidad. Este experimento requiere conocer el número de células al principio y su evolución en el tiempo de exposición a la sustancia. Generalmente la forma de contar el número de células consiste en detener el experimento para aplicarles un tinte y observar al microscopio la población en la placa. Una vez se ha realizado, el proceso no es reversible, y no se puede continuar con el experimento. Por este motivo, los biólogos tienen que repetir muchas veces las medidas, realizar extrapolaciones y estadísticas, procedimiento que puede resultar tedioso y costoso en términos de tiempo invertido.

En la siguiente imagen puede apreciarse una foto perteneciente a uno de los últimos experimentos realizados en el laboratorio. En ella, aparecen las células y en el fondo una circunferencia que se corresponde con el electrodo (material conductor en contacto con el medio de cultivo) que utilizamos para estimar el número de células presentes mediante un circuito especialmente diseñado para ello.

A continuación, se pide al lector que imagine una manguera de agua, idéntica a las empleadas para regar el jardín, pero con la peculiaridad de que esta es transparente y será posible ver el agua circular a través de ella. De esta forma al abrir el grifo se observará un flujo de agua circular desde el grifo hasta el extremo abierto de la manguera. Acto seguido añadiremos en el camino del agua un pequeño recipiente como el que se muestra en la siguiente imagen. La entrada y la salida están cubiertas con un pequeño filtro que solo deja pasar el agua.

¿Qué le ocurrirá al flujo de agua? Al aplicar la modificación sugerida la corriente de agua habrá cambiado notablemente a la salida y podremos apreciarlo visualmente. Cabe preguntarse qué ocurrirá si en el recipiente de este circuito que estamos imaginando depositamos diferentes materiales, por ejemplo, arena. El flujo a la salida será muy diferente al que podía verse inicialmente.

También podremos imaginar como variaría este flujo si en lugar de arena, situamos en el interior del dispositivo grava, canicas o papel. Cada uno de estos elementos generará una variación en el flujo de agua. Un efecto similar ocurre con la corriente eléctrica cuando atraviesa una muestra biológica, e igual que podemos observar cambios en la corriente de agua cuando existen otros materiales obstaculizando, podemos detectar ciertas variaciones en la corriente eléctrica (cuando varía la cantidad de células presentes). La respuesta eléctrica de una muestra biológica se conoce con el término general bioimpedancia.

Procesar las variaciones

Dichas variaciones en la bioimpedancia pueden ser medidas empleando circuitos electrónicos. En nuestro grupo de investigación hemos realizado el diseño y fabricación de un prototipo que se encarga de adquirir y procesar dichas variaciones y mostrarlas en forma de datos en una pantalla de ordenador o teléfono móvil.

La primera aplicación directa es para los investigadores en el campo de la biología que trabajan realizando cultivos celulares. El sistema en desarrollo, les permite tener una medida en tiempo real del número de células que se encuentran en un pocillo en donde crecen cultivos celulares. Aportando las siguientes ventajas al proceso de experimentación con cultivos celulares:

Las ventajas no son pocas. Además, las posibilidades de esta tecnología no acaban aquí. Los análisis de bioimpedancia nos pueden resultar útiles para analizar la degradación de tejido humano o analizar muestras biológicas y determinar la existencia o no de una determinada sustancia. También permitiría realizar ciertas valoraciones y análisis para los que actualmente es necesario un costoso equipo de laboratorio y personal cualificado de forma más barata y precisa.

Más información:

http://www.imse-cnm.csic.es/es/lineas/tic178_bio.php

https://www.intechopen.com/books/new-insights-into-cell-culture-technology/remote-sensing-of-cell-culture-assays