Los científicos de la Universidad de Texas en Austin han demostrado un método para hacer imágenes tridimensionales de estructuras en material biológico en condiciones naturales con una resolución mucho más alta que otros métodos existentes. El método puede ayudar a arrojar luz sobre cómo las células se comunican entre sí y proporcionar información importante para los ingenieros que trabajan para desarrollar órganos artificiales como la piel o el tejido cardíaco.

La investigación se describe hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

Los científicos, dirigido por el físico Ernst-Ludwig Florin, usó su método, llamadas imágenes de ruido térmico, para capturar imágenes a escala nanométrica de redes de fibrillas de colágeno, que forman parte del tejido conectivo que se encuentra en la piel de los animales. Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro o aproximadamente una cienmilésima parte del ancho de un cabello humano. El examen de las fibrillas de colágeno a esta escala permitió a los científicos medir por primera vez las propiedades clave que afectan la elasticidad de la piel. algo que podría conducir a diseños mejorados para piel o tejidos artificiales.

Tomar imágenes nítidas en 3-D de estructuras a nanoescala en muestras biológicas es extremadamente difícil, en parte porque tienden a ser suaves y bañados en líquido. Esto significa que pequeñas fluctuaciones en el calor hacen que las estructuras se muevan hacia adelante y hacia atrás, un efecto conocido como movimiento browniano.

Para superar la borrosidad que esto crea, otras técnicas de imágenes de superresolución a menudo "fijan" muestras biológicas mediante la adición de sustancias químicas que endurecen diversas estructuras, en ese caso, los materiales pierden sus propiedades mecánicas naturales. Los científicos a veces pueden superar la borrosidad sin reparar las muestras si, por ejemplo, se centran en estructuras rígidas pegadas a una superficie de vidrio, pero eso limita severamente los tipos de estructuras y configuraciones que pueden estudiar.

Florin y su equipo adoptaron un enfoque diferente. Para hacer una imagen, agregan nanoesferas, perlas del tamaño de un nanómetro que reflejan la luz láser, a sus muestras biológicas en condiciones naturales, ilumine la muestra con un láser y compile instantáneas ultrarrápidas de las nanoesferas vistas a través de un microscopio óptico.

Los científicos explican que el método, imágenes de ruido térmico, funciona algo como esta analogía:Imagine que necesita tomar una imagen tridimensional de una habitación en total oscuridad. Si lanzara una pelota de goma brillante a la habitación y usara una cámara para recopilar una serie de imágenes de alta velocidad de la pelota mientras rebota, verías que a medida que la pelota se mueve por la habitación, no puede moverse a través de objetos sólidos como mesas y sillas. Combinando millones de imágenes tomadas tan rápido que no se vuelven borrosas, Podrías crear una imagen de dónde hay objetos (donde la pelota no puede ir) y dónde no hay objetos (donde podría ir).

En imágenes de ruido térmico, el equivalente de la bola de goma es una nanoesfera que se mueve en una muestra mediante el movimiento browniano natural, la misma fuerza rebelde que ha afectado a otros métodos de microscopía.

"Este movimiento caótico es una molestia para la mayoría de las técnicas de microscopía porque hace que todo sea borroso, "dice Florin." Lo hemos aprovechado. No necesitamos construir un mecanismo complicado para mover nuestra sonda. Nos sentamos y dejamos que la naturaleza lo haga por nosotros ".

El concepto original de la técnica de generación de imágenes de ruido térmico se publicó y se patentó en 2001. pero los desafíos técnicos impidieron que se convirtiera en un proceso completamente funcional hasta ahora.

La herramienta permitió a los investigadores medir por primera vez las propiedades mecánicas de las fibrillas de colágeno en una red. El colágeno es un biopolímero que forma andamios para las células de la piel y contribuye a la elasticidad de la piel. Los científicos aún no están seguros de cómo la arquitectura de una red de colágeno da como resultado su elasticidad, una pregunta importante que debe responderse para el diseño racional de piel artificial.

"Si quieres construir piel artificial, tienes que entender cómo funcionan los componentes naturales, ", dice Florin." Entonces podría diseñar mejor una red de colágeno que actúe como un andamiaje que aliente a las células a crecer de la manera correcta ".