Investigadores españoles crean un dispositivo de mesa que monitoriza el metabolismo de las células en tiempo real

Aunque no sea una cuestión muy popular que digamos, el estudio del metabolismo de las células ocupa un lugar central en disciplinas como la biología molecular, la medicina o la farmacología. Analizar cómo se transforman los nutrientes dentro de las células es clave para comprender mejor enfermedades y distintos mecanismos fisiológicos.

A pesar de su importancia, investigar el metabolismo de las células sigue presentando obstáculos. Muchos métodos requieren instrumentos complejos, o grandes cantidades de muestra. En ese contexto surgió una nueva propuesta desarrollada por investigadores españoles que busca integrar tecnologías para facilitar el seguimiento de estos procesos biológicos.

¿Cómo es el nuevo sistema que crearon investigadores españoles para estudiar el metabolismo de las células?

El avance ha sido desarrollado por investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) dentro del proyecto europeo BLOC (Benchtop NMR for lab-on-a-chip). El equipo científico ha creado un dispositivo de mesa capaz de monitorizar el metabolismo de las células en tiempo real, integrando diferentes tecnologías de laboratorio en un sistema compacto.

El estudio, publicado en la revista científica Analytical Chemistry, describe la primera integración de un espectrómetro de resonancia magnética nuclear (RMN) de sobremesa con una plataforma microfluídica de cultivo celular. Esta combinación permite seguir las transformaciones químicas que ocurren dentro de las células mientras estas se mantienen activas en el experimento.

El objetivo de este desarrollo era superar algunas limitaciones habituales en el análisis del metabolismo de las células. En los métodos tradicionales, los ensayos metabólicos suelen realizarse fuera del sistema experimental o requieren equipamiento de gran tamaño y alto coste, como los espectrómetros de alto campo.

Con este nuevo enfoque, los investigadores han conseguido crear una plataforma compacta que permite observar procesos metabólicos directamente en dispositivos microfluídicos, donde se trabaja con volúmenes de muestra muy reducidos.

¿Qué es la resonancia magnética nuclear y cómo se aplica a sistemas microfluídicos?

La resonancia magnética nuclear es una técnica utilizada para identificar compuestos químicos y analizar estructuras moleculares. Una de sus ventajas es que permite diferenciar especies químicas de forma no invasiva, lo que la convierte en una herramienta útil para estudiar el metabolismo de las células.

Sin embargo, la aplicación de esta tecnología en sistemas miniaturizados ha estado limitada durante años por su baja sensibilidad. En plataformas microfluídicas, donde los volúmenes de muestra son muy pequeños, la señal detectada por los equipos convencionales suele ser insuficiente para analizar los procesos metabólicos con precisión.

Para resolver este problema, los investigadores incorporaron una técnica denominada polarización nuclear dinámica en disolución (dDNP). Este método aumenta la polarización de los núcleos atómicos más allá del equilibrio térmico, lo que incrementa la intensidad de la señal detectada por el espectrómetro.

Gracias a esta mejora, el sistema desarrollado permite detectar cambios metabólicos en tiempo real en cultivos celulares que circulan por microdispositivos diseñados para reproducir condiciones experimentales controladas.

Así son las observaciones del dispositivo español que monitoriza el metabolismo de las células

La integración entre el espectrómetro de sobremesa y la plataforma microfluídica exigió una adaptación del sistema de detección y del manejo de fluidos. El dispositivo permite introducir metabolitos hiperpolarizados en el entorno de cultivo celular mientras las células permanecen activas dentro del microdispositivo.

De esta forma, los investigadores pueden observar cómo las células absorben determinadas moléculas y las transforman durante su metabolismo. El sistema registra estas conversiones químicas y genera datos cinéticos que reflejan la velocidad de las reacciones metabólicas.

Una de las principales ventajas del sistema es que permite estudiar el metabolismo de las células sin interrumpir el cultivo ni manipular constantemente las muestras. Esto facilita la observación continua de procesos bioquímicos y reduce la necesidad de utilizar grandes poblaciones celulares.

Además, la tecnología permite trabajar con muestras biológicas poco abundantes o de alto valor experimental, algo relevante en estudios biomédicos avanzados.

El potencial de este hallazgo español en investigación y medicina

Los investigadores señalan que esta tecnología podría ampliar las herramientas disponibles para estudiar procesos metabólicos en modelos celulares avanzados. La combinación de resonancia magnética nuclear, microfluídica e hiperpolarización abre nuevas posibilidades para el análisis del metabolismo de las células en plataformas miniaturizadas.

El proyecto BLOC, financiado por el programa europeo Horizon 2020 entre 2020 y 2023, tiene como objetivo desarrollar espectrómetros de laboratorio compactos capaces de integrarse con sistemas de ingeniería de tejidos. Como parte del proyecto, los científicos trabajan con modelos biomiméticos que incluyen esferoides hepáticos y tejidos pancreáticos.

Este tipo de modelos permite analizar enfermedades metabólicas y estudiar la respuesta de tejidos humanos cultivados en laboratorio. La posibilidad de seguir el metabolismo celular en tiempo real podría facilitar la evaluación de tratamientos y el desarrollo de nuevos fármacos.

Los investigadores también señalan que estas plataformas podrían contribuir a reducir el uso de animales en experimentación. Los tejidos humanos cultivados en laboratorio permiten realizar pruebas preclínicas con mayor control experimental y resultados más cercanos a la fisiología humana.

Por último y no menos relevante, además del ámbito biomédico, el desarrollo de dispositivos compactos de resonancia magnética nuclear podría tener aplicaciones en otras áreas, como el control ambiental o la industria química.