Los investigadores de la Universidad de Harvard han creado unos transistores biocompatibles a escala nanométrica que se pueden utilizar para tomar lecturas eléctricas y químicas de alta precisión dentro de las células. Las biosondas son mucho más sensibles que los electrodos pasivos que hasta ahora se han venido utilizando para realizar mediciones intracelulares.

El grupo de Harvard, dirigido por el profesor de química Charles Lieber, en la actualidad está desarrollando unos componentes bioelectrónicos más sofisticados que aprovecharán la capacidad de los transistores para enviar y recibir señales eléctricas. También están trabajando con un grupo de ingeniería de tejidos para desarrollar componentes bioelectrónicos implantables que puedan lograr una mejor conexión entre el cuerpo y las prótesis neurales, como por ejemplo las encargadas de controlar algunos miembros artificiales. Las sondas, que están basadas en nanocables de silicio, pueden ser agrupadas en grandes matrices, por lo que los investigadores también esperan utilizarlas para obtener imágenes de redes bioquímicas y eléctricas en los grandes grupos de células que forman los tejidos. Estas mediciones son difíciles de llevar a cabo en la actualidad.

Los electrodos de metal convencionales se han utilizado para tomar lecturas eléctricas y químicas en células individuales, pero también resultan muy intrusivos y no pueden alcanzar un buen rendimiento eléctrico a menos que sean relativamente grandes en comparación con las propias células. Irritan los tejidos, y no pueden amplificar o procesar las señales. Limitan la sofisticación de las prótesis neurales, puesto que no tienen muy buena conexión con el sistema nervioso a nivel de una sola célula—el nivel al que el cuerpo procesa la información.

Las sondas celulares de Harvard, descritas hoy en la revista Science, son nanocables de silicio tridimensionales, en forma de V, con transistores en las puntas. Son flexibles y están cubiertas con dos capas de moléculas de lípidos, al igual que ocurre con las células. Cuando la punta del transistor, que es del tamaño de un virus, se encuentra con una célula, la célula la coloca dentro. El grupo de Lieber descubrió que las puntas también se pueden eliminar con suavidad, sin efectos nocivos para la célula. Han utilizado las sondas de transistores para tomar medidas eléctricas en células individuales y están usándolas para medir la actividad eléctrica en los grupos de células adyacentes que forman los tejidos.

"Han demostrado un tipo de detección de señales intracelulares muy impresionante", afirma Yi Cui, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Stanford y ex miembro del laboratorio de Lieber. Lo que hace que esto sea posible, afirma Cui, es la innovadora estructura de la biosonda. Lieber fabrica millones de nanocables únicos a la vez utilizando un proceso de cultivo de tres pasos. Primero cultiva un brazo de la V a partir de un gas que contiene silicio. Luego crea una curva en el cable usando una técnica que desarrolló el año pasado. A continuación, la curva es tratada químicamente para crear un transistor y luego se hace que el nanocable empiece a crecer otra vez. El cable terminado se gira 60 grados en la curva. Los contactos eléctricos sobre una variedad de sustratos pueden ser conectados a los brazos de la V, convirtiendo a los nanocables en sondas electrónicas tridimensionales.

"Se pueden utilizar en experimentos de electrofisiología para estudiar el sistema nervioso de forma pormenorizada durante largos períodos de tiempo, o para los análisis de fármacos basados en células, especialmente con medicamentos para el corazón", afirma Lieber. Los transistores de nanocables de silicio también han sido utilizados como sensores químicos: su resistencia cambia de forma medible cuando una biomolécula como el ARNm o una proteína se une a una molécula de unión en la superficie. Lieber está interesado en extender esta capacidad a las sondas.

Los investigadores de Harvard están colaborando actualmente con un grupo del MIT para incorporar las nanosondas en dispositivos médicos, incluyendo los andamios utilizados para crear tejidos artificiales. Los circuitos de nanocables podrían "inervar" un tejido artificial para que pueda medir y responder a las señales eléctricas que se propagan a través del corazón o el cerebro. Estos componentes bioelectrónicos podrían permitir una mejor comunicación entre el cerebro y un miembro artificial, por ejemplo.