Los científicos inyectaron el chip en el interior de un óvulo de ratón junto con un espermatozoide para estudiar las etapas iniciales de la fertilización. El dispositivo, que funciona como sensor mecánico, es “extremadamente minúsculo”: mide apenas 22 por 10,5 micrómetros, tiene un grosor de 25 nanómetros (tres veces menor que el de un virus como el SARS-CoV-2) y una longitud tres veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano, tal y como detalla el CSIC en un comunicado.

El trabajo estuvo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC). En la investigación, que se realizó íntegramente con financiación pública del Plan Nacional de I+D+i, también participaron el Departamento de Electrónica y Tecnología de Computadores, de la Universidad de Granada, y el Departamento de Mecánica de Fluidos, de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Con el chip dentro, los científicos pudieron medir las fuerzas que reorganizan el interior del óvulo, es decir, su citoplasma, desde que se introduce el espermatozoide hasta que se divide en dos células.

“Haciendo un símil con el baile, el embrión realiza una coreografía de movimientos durante su desarrollo y hemos visto que no sólo el movimiento es importante sino también la intensidad del mismo”, comenta el investigador del CSIC José Antonio Plaza, que dirige el Grupo de Micro y Nanoherramientas en el IMB-CNM-CSIC.

En cuanto a las mediciones, los científicos observan a través de microscopia óptica “cómo el chip se dobla en el interior de la célula”. “Dado que conocemos perfectamente qué fuerza hay que aplicar para que se doble el dispositivo de una determinada manera, y lo hemos modelizado, visualizar la curvatura nos permite inferir qué fuerzas mecánicas se están dando en el interior de la célula”, añade.

Los trabajos para inyectar el chip en ratones se llevaron a cabo en el Laboratorio de Embriología Molecular de Mamíferos de la Universidad de Bath (Reino Unido) por el equipo que lidera Anthony C. F. Perry, que codirige el trabajo junto a Plaza.

La investigación es novedosa porque la detección de estas fuerzas se ha realizado de manera directa, esto es, desde el interior del embrión y a lo largo de todo el proceso inicial de fertilización, detalla la entidad española.

“Casi todos los trabajos realizados hasta la fecha usan herramientas externas, obteniendo una medida indirecta y si lo hacen desde el interior es de una forma muy local y no describen la reorganización del citoplasma”, apuntan los autores.

Los científicos hicieron una medida preliminar de las fuerzas que se obtienen en la reprogramación del ADN del espermatozoide, algo que sucede justo tras la inyección del espermatozoide. “Aunque es muy difícil de comparar, hemos visto que estas fuerzas son mayores que las que otros grupos han medido en células musculares”, señala el investigador del CSIC.

También se observó que el efecto de la membrana del embrión, que es más rígida que su interior, es la responsable de que los pronúcleos (núcleos que transportan el material genético de la hembra y del macho) converjan en el centro del embrión para fusionarse. Durante la fusión, no se detectaron fuerzas. Esto podría ser así, según los científicos, porque de esa forma se facilita la reorganización de los cromosomas.

La siguiente etapa es la división de la primera célula en dos. Aquí, observaron cambios en la rigidez del citoplasma. “En este momento, nuestros chips revelan que el citoplasma se hace más rígido, hecho que facilitaría la transmisión de las fuerzas dentro del embrión para conseguir elongarse”, señala Plaza. Después, en el momento en que la célula se divide en dos, el citoplasma es menos rígido, posiblemente para facilitar la división.

Los resultados de este trabajo pueden tener interés tanto para la medicina de fertilización como para el estudio de enfermedades relacionadas con malformaciones en los procesos iniciales de formación del embrión, indican en un comunicado.