Cada célula humana está encerrada en una membrana lipídica de cinco nanómetros de espesor que la protege del entorno circundante. Como un portero la membrana determina qué iones y moléculas pueden atravesar. Al hacerlo, asegura el bienestar y la estabilidad de la célula y le permite comunicarse a través de señales eléctricas.

Los investigadores del Laboratorio de Biofotónica fundamental (LBP) de la Escuela de Ingeniería de EPFL pudieron rastrear estas cargas en movimiento en tiempo real de una manera completamente no invasiva. En lugar de observar las membranas mismas, miraron las moléculas de agua circundantes, cuales, además de mantener intacta la membrana, cambiar de orientación en presencia de cargas eléctricas. Entonces, al "leer" su posición, los investigadores pudieron crear un mapa dinámico de cómo se transportan las cargas a través de una membrana.

El método de los investigadores acaba de ser publicado en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ). Podría arrojar luz sobre cómo funcionan los canales iónicos, junto con otros procesos que operan en las membranas. Este método clínicamente viable también podría usarse para rastrear directamente la actividad iónica en las neuronas, lo que profundizaría el conocimiento de los investigadores sobre cómo funcionan las células nerviosas. "Las moléculas de agua se pueden encontrar dondequiera que haya membranas lipídicas, que necesitan estas moléculas para existir, "dice Sylvie Roke, jefe de la LBP. "Pero hasta ahora, la mayoría de los estudios sobre membranas no analizaron estas moléculas. Hemos demostrado que contienen información importante ".

Los investigadores hicieron esto utilizando un microscopio de segundo armónico único que fue inventado en el LBP. La eficiencia de imagen de este microscopio es más de tres órdenes de magnitud mayor que la de los microscopios de segundo armónico existentes. Con este microscopio, los investigadores obtuvieron imágenes de moléculas de agua en una escala de tiempo de 100 milisegundos.

Para sondear la hidratación de las membranas lipídicas, los investigadores combinan dos láseres de la misma frecuencia (pulsos de femtosegundos) en un proceso que genera fotones con una frecuencia diferente:esto se conoce como luz de segundo armónico. Se genera solo en las interfaces y revela información sobre la orientación de las moléculas de agua. "Podemos observar lo que está sucediendo in situ, y no necesitamos modificar el entorno ni utilizar marcadores voluminosos como los fluoróforos que alterarían el movimiento de las moléculas de agua, "dice Orly Tarun, el autor principal de la publicación.

Con este método, los investigadores observaron fluctuaciones de carga en las membranas. Estas fluctuaciones eran previamente desconocidas e insinúan un comportamiento químico y físico mucho más complejo de lo que se considera actualmente.