Detección de modos de vibración de células tumorales mediante resonadores micromecánicos

• Autores: Verónica Puerto Belda
• Directores de la Tesis: Javier Tamayo de Miguel (dir. tes.), José Jaime Ruz Martínez (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 174
• Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Delgado Buscalioni (presid.), Miguel Manso Silván (secret.), Andra Cristina Dumitru (voc.), Núria Gavara Casas (voc.), Cristina Flors Ong (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Física de la Materia Condensada, Nanociencia y Biofísica por la Universidad Autónoma de Madrid; la Universidad de Murcia y la Universidad de Oviedo
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biofísica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Todos los objetos presentan modos de vibración que dependen de sus propiedades mecánicas, densidad, tamaño y forma. Un caso práctico en el que se emplean estos modos son los resonadores micro y nanomecánicos, los cuales han demostrado ser una herramienta muy útil para la detección y caracterización de entidades biológicas. En concreto, en los últimos años se ha logrado medir la masa, las propiedades mecánicas y vibracionales de entidades biológicas muy variadas. Al centrarse en las propiedades vibracionales de entidades biológicas, se ha conseguido medir la frecuencia de resonancia y el factor de calidad de modos de vibración de bacterias en aire. Desde hace más de medio siglo se cuestiona si las células exhiben modos de vibración. Ahora bien, la dificultad de medir las propiedades vibracionales de una célula viva en sus condiciones fisiológicas ha generado dificultades a la hora de responder esa cuestión. La necesidad de sumergir el dispositivo de medida y la célula en el medio de cultivo correspondiente, produce una gran disipación de energía debido a la presión hidrodinámica, dificultando la obtención de una respuesta concluyente. Por otra parte, las células eucariotas son estructuras extremadamente complejas que contienen múltiples estructuras internas. En su interior coexisten las fases sólida y líquida, y su respuesta ante estímulos mecánicos muestra un comportamiento viscoelástico. En consecuencia, en el caso de que las células vivas eucariotas puedan manifestar modos de vibración, su huella sería sumamente sutil debido a la importante disipación de energía que se produce como resultado de la viscoelasticidad celular y el amortiguamiento hidrodinámico del fluido circundante. En la presente tesis doctoral, se han observado esas huellas sutiles y se ha conseguido determinar las propiedades vibracionales de células humanas epiteliales de mama vivas en sus condiciones fisiológicas, confirmando la existencia de modos de vibración en la célula eucariota. Para ello, se ha medido el espectro de frecuencia de las fluctuaciones térmicas de las deflexiones de una micropalanca, en el medio de cultivo correspondiente, antes y después de adherir una única célula a la superficie funcionalizada del resonador. Al analizar las fluctuaciones térmicas de la palanca con la célula adherida en el rango de altas frecuencias, 5 − 800 kHz, se han observado anomalías que están relacionadas con la existencia de modos de vibración de la célula. Para poder entender estas anomalías, ha sido necesario el desarrollo de un modelo teórico que explique la interacción mecánica entre la célula viva (material viscoelástico) y el resonador en un amplio rango de frecuencias. A partir del modelo se consigue obtener la frecuencia de resonancia y la disipación de los dos modos de vibración principales de la célula viva adherida al resonador durante el proceso de adhesión, además de otros parámetros físicos. El método aplica para una célula viva individual adherida a un resonador. Adicionalmente, se han utilizado células humanas epiteliales de mama con distinto grado de malignidad: sanas (MCF-10A), tumorales no invasivas (MCF-7) y metastásicas (MDA-MB-231). Curiosamente, al analizar cada línea celular de forma individual, se han logrado observar diferencias entre las propiedades vibracionales de las células humanas epiteliales de mama sanas y tumorales, abriendo muchas vías para la comprensión de la mecanobiología de una única célula, el fingerprinting físico, así como terapias de ultrasonido