Los investigadores de la Universidad de Tokio Kohaki Hori, Keichiro Toda, Takuma Nakamura y Takuro Ideguchi han desarrollado un microscopio capaz de detectar señales en un rango de intensidad catorce veces mayor que los instrumentos estándar. El sistema también funciona sin etiquetas, lo que significa que no depende de tintes añadidos. Este método suave permite que las células permanezcan intactas durante las imágenes a largo plazo, lo que puede beneficiar las pruebas y el control de calidad en entornos farmacéuticos y biotecnológicos. La investigación muestra comunicación de la naturaleza.
Los microscopios han impulsado el progreso científico desde el siglo XVI, pero los avances importantes a menudo requieren equipos cada vez más especializados. A medida que las técnicas se volvieron más avanzadas, también tuvieron que hacer concesiones en cuanto a lo que podían medir. La microscopía de fase cuantitativa QPM utiliza luz dispersada hacia adelante para visualizar estructuras a microescala (en este estudio, más de 100 nanómetros), lo que la hace útil para capturar imágenes fijas de propiedades celulares complejas. Sin embargo, QPM no puede detectar partículas muy pequeñas. La microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT) funciona de manera diferente al capturar la luz retrodispersada y puede identificar estructuras tan pequeñas como proteínas individuales. Si bien iSCAT permite a los investigadores “rastrear” partículas individuales y observar cambios rápidos dentro de la célula, carece de la visión integral que proporciona QPM.
Capturando dos aspectos de la luz a la vez
“Quiero comprender los procesos dinámicos dentro de las células vivas utilizando métodos no invasivos”, dijo Hori, uno de los primeros autores.
Motivado por este objetivo, el equipo probó si recolectar luz en ambas direcciones al mismo tiempo podría cerrar la brecha y revelar actividad en una amplia gama de tamaños y movimientos en una sola imagen. Para explorar la idea y confirmar que su microscopio funcionaba como se esperaba, observaron cómo se comportaban las células durante la muerte celular. En un experimento, capturaron una imagen que contenía información de luz que viajaba hacia adelante y hacia atrás.
Separación de señales superpuestas.
“Nuestro mayor desafío”, explicó Toda, otro primer autor, “fue separar claramente los dos tipos de señales de una sola imagen manteniendo el ruido bajo y evitando la mezcla entre ellas”.
Los investigadores han logrado detectar el movimiento de estructuras celulares más grandes (micro), así como de partículas mucho más pequeñas (nano). Al comparar los patrones de la luz directa y retrodispersada, pueden estimar el tamaño de cada partícula y su índice de refracción, que describe con qué fuerza se desvía o dispersa la luz cuando pasa a través de un material.
Aplicaciones futuras de partículas pequeñas
“Tenemos la intención de estudiar partículas aún más pequeñas”, dice Toda, pensando ya en futuras investigaciones, “como los exosomas y los virus, y estimar su tamaño y su índice de refracción en diferentes muestras. También queremos revelar cómo las células vivas controlan su estado hasta la muerte y verificar nuestros resultados con otras técnicas”.
