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Nano científico

Una entrevista con el profesor Manish Butte, usuario del AFM de Park Systems

Manish Butte explica el papel crítico de los microscopios de fuerza atómica en la realización de investigación de las células T en la escuela de Medicina de Stanford

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El profesor Butte Manish trabaja en la escuela de medicina de Stanford donde él imparte un curso en Inmunología y realiza investigaciones en el laboratorio buscando las respuestas a algunas de las preguntas más desconcertantes sobre la interacción de las células y nuestros sistemas inmunes. El objetivo del laboratorio es abordar cuestiones fundamentales y terapéuticas en Inmunología mediante innovadores enfoques nanotecnológicos y biofísicos para visualizar y manipular las células. El enfoque principal es en la comprensión de los controles moleculares que balancean la activación de las células T versus tolerancia. El objetivo final de nuestro trabajo es manipular las vías de señalización de las células T para controlar enfermedades mediadas inmunológicamente.


Manish Butte J ha sido galardonado con 5 patentes incluyendo una patente el 2010 por trabajo con AFM y células vivas: Manish J Butte, Marc Amor Bruce, Jianwei Liu. "United States Patent US 13/307,882 Atomic force microscope manipulation of living cells", The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University, Nov 30, 2010

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Manish J. Butte, MD, PhD es un profesor adjunto en el Departamento de Pediatría en la Universidad de Stanford. El estudió física en la Universidad de Brown donde obtuvo su Sc.B. con honores en 1993, estudiando las matemáticas de las redes neuronales en el grupo del Prof. Leon Cooper. Luego, obtuvo su título de M.D. de la escuela de medicina de la Universidad de Brown en 1996. Luego estudió Cristalografía de proteínas bajo el Prof. Robert Fletterick en la UCSF y se graduó con un pH.d. en biofísica en el año 2000. Volviendo a entrenamiento clínico, completó una residencia de Pediatría en el Hospital Infantil de Filadelfia en el año 2003 y un fellowship clínico en alergia y la inmunología en el Hospital infantil de Boston en el año 2006, donde se especializó en el cuidado de los niños con inmunodeficiencias, autoinmunidad, trastornos auto-inflamatorios, asma y alergias. Está certificado tanto en pediatría como alergia e inmunología. Durante una beca postdoctoral conjunta en Harvard Medical School (bajo el Prof. Arlene Sharpe) y en el departamento de química y Química Biologica en Harvard (bajo el Prof. George Whitesides), trabajó en vías inhibitorias de las células T y el desarrollo de herramientas recientemente para capturar y estudiar células inmunes. Él hizo la transición a Stanford en el año 2009 para iniciar su propio laboratorio. Su grupo responde a las preguntas fundamentales, de hace mucho tiempo en Inmunología mediante enfoques innovadores nanotecnológicos para visualizar y manipular las células. Su grupo ha sido pionero en uso de la microscopia de fuerza atómica en muestras biológicas para estudiar la función celular inmune en salud y enfermedad. Él cuida de los niños y adultos con enfermedades inmunológicas en el Hospital de niños Lucile Packard en Stanford y en el Hospital y clínicas de Stanford.



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¿Cómo ayuda la identificación de células T en la investigación?

Las células T son los organizadores principales del sistema inmune. Ayudan a combatir las infecciones mediante la coordinación de la respuesta inmune adaptativa. Ellas demuestran "memoria" al recordar infecciones pasadas y combatirlas más rápidamente la próxima vez; este efecto de memoria es la base de las vacunas. En trasplantes de órganos, las células T son la principal causa de rechazo crónico y son víctimas de las drogas inmunosupresoras. En el cáncer, la activación de las células T es necesaria para eliminar tumores permanentemente. En las alergias, las células T demuestran un defecto en la tolerancia y son inusualmente sensibles a los antígenos extraños que normalmente serían ignorados. En el envejecimiento, la activación de células T se vuelve difícil y las infecciones se convierten en más difíciles de combatir. Cuanto más aprendemos acerca de las células T, mejor podemos diagnosticar y tratar estas afecciones y enfermedades.

 

¿Cómo el uso de la tecnología AFM mejora su capacidad para trabajar con las células T?

La microscopía de fuerza atómica ha sido una herramienta importante para la innovación en mi laboratorio. Estamos empujando nuestro estudio del sistema inmune en un área de la biología celular llamado mecanobiología. Este relativamente nuevo campo implica estudiar la sensación y la generación de fuerzas mecánicas por las células. Con AFM, nos han mostrado ese empuje de las células T y tire de sus socios celulares, lo que resulta ser esencial en el nivel molecular para su activación. Además, se han identificado cambios mecánicos en el citoesqueleto de las células T, el marco de la proteína que permite a las células rápidamente moverse y supervisar al organismo por antígenos extraños. Estos cambios mecánicos influyen en cómo la célula T detecta los antígenos que se presentan a ellos.

 

¿Puede describir cómo usar la AFM para visualizar y manipular las células?

Utilizamos la AFM de múltiples maneras. Primera y principal, hacemos muescas pequeñas, breves en las células, y midiendo el camino del voladizo durante la indentación, podemos calcular la rigidez del citoesqueleto en la parte local de la célula. Al repetir esta medición una y otra vez en diferentes partes de la célula, podemos hacer un "mapa de rigidez" y seguimiento de los cambios en el citoesqueleto. Al estudiar los mapas de rigidez después de tratar las células con antígenos o fármacos inmunomoduladores, podemos estudiar los efectos de estas perturbaciones sobre el estado mecánico del citoesqueleto. La segunda técnica AFM que empleamos, que creo que inventamos nosotros mismos, implica poner moléculas que pueden activar las células en la punta del voladizo. Por ejemplo, publicamos poner proteínas antigénicas en la punta del voladizo que podrían activar las células mastocitos. Al tocar en vivo las células T, la ligadura de sus receptores con los ligandos cantilever-limite y simultáneamente la proyección de imagen de las células T con un microscopio óptico, podemos aprender sobre cómo las señales moleculares son interpretadas por las células T. Estas señales bioquímicas pueden ser entregadas mientras que el AFM está dando minutos de fuerzas mecánicas a la célula, además, el AFM puede medir las respuestas mecánicas de las células que experimentan la activación del receptor. Estos estudios son fundamentales para comprender los procesos fundamentales de la activación y la tolerancia. Esto puede venir como una sorpresa para algunos usuarios de AFM, ¡pero casi nunca hacemos "topografía"!

 

¿Hacer uso de AFM para células T y otras investigaciones ayuda a mejorar la capacidad de curar o tratar enfermedades? ¿Cómo ha mejorado esto?

El AFM nos ha ayudado a identificar una vía citoesquelética en las células T que promueve la activación. Estamos buscando financiación para el siguiente nivel de investigación, para probar si esta vía puede acelerar las vacunas o amplificar las respuestas inmunológicas durante las infecciones.

 

¿En qué otras técnicas utiliza el AFM en su investigación?

Hemos medido las propiedades mecánicas de los hidrogeles biológicos que se utilizan para la investigación en células madre, cáncer y cardiología. Hemos medido las nanopartículas que se utilizarán para la terapia génica. Medimos los latidos de las células del corazón, lo que permite una mejor comprensión de las enfermedades cardiacas pediátricas heredadas. Mi grupo también es bastante activo en Stanford en el desarrollo y publicación de nuevas técnicas AFM.

 

¿Qué características de los equipos AFM de Park Systems ayuda más en su investigación?

El instrumento de Park NX10 nos ha permitido innovar en mejorar las técnicas de AFM. ¡En concreto, en colaboración con el grupo del Prof. Olav Solgaard en Stanford, hemos desarrollado una nueva forma de voladizo AFM de alto ancho de banda que puede acelerar las medidas mecánicas mencionadas por más de 1000-pliegues! El NX10 cuenta con un diseño abierto de la cabeza que nos permite insertar los espejos miniatura en la trayectoria de la luz, lo que es clave para el mecanismo del sensor.

 

¿Cómo ve el campo de la investigación de las células cambiando en el futuro con el uso de equipos de proyección de imagen más avanzados?

La microscopía de superresolución está revolucionando la microscopía óptica al revelar los aspectos cada vez más finos, casi de tamaño molecular de las células. La AFM todavía tiene una orden de magnitud de mayor resolución sobre la microscopía con una estupenda resolución. Con la capacidad de sentir químicos y moléculas superficiales, el AFM se utilizará para mejorar nuestra comprensión de la organización de la superficie de la célula. A medida que la mecanobiología invade los campos de la biología celular, incluyendo el cáncer, las células madre y otros, el AFM se ha convertido en cada vez más utilizado para medir e influir en el estado mecánico de las células.

 

¿Qué tipo de investigación hará en Pediatría específicamente? ¿La investigación ayudará a identificar las causas?

Actualmente, nuestros estudios con AFM del sistema inmune se centran en los fundamentos, pero nuestras preguntas están motivadas por los trastornos de los niños que cuido en mi clínica con deficiencias genéticas inmunes (primarias). Estamos inspirados para entender mejor sus enfermedades para mejorar el diagnóstico y tratamiento.