Los investigadores han desarrollado una nueva técnica para observar células vivas de mamíferos. El equipo utilizó un potente láser, llamado láser de electrones libres de rayos X suaves, para emitir pulsos de iluminación ultrarrápidos a una velocidad de femtosegundos, o cuatrillones de segundo.
Con esto pudieron capturar por primera vez imágenes de estructuras basadas en carbono en células vivas, antes de que la suave radiación de rayos X las dañara. Se crearon refinados espejos Wolter, un tipo de espejo ultrapreciso, para permitir que el microscopio capture imágenes con alta resolución espacial y un amplio campo de visión.
En el futuro, el equipo espera utilizar este microscopio para comprender mejor la naturaleza dinámica de la biología celular. El estudio se publica en la revista Optica .
Existe una diferencia entre los rayos X blandos y los rayos X duros. Los rayos X duros son lo que probablemente habrá encontrado si ha pasado por el control de seguridad del aeropuerto o ha sufrido una fractura en una extremidad. Los rayos X blandos suelen estar restringidos a la investigación, desde el estudio de la biología y la química hasta los minerales y los meteoritos. Los rayos X suaves son capaces de proporcionar información química sobre muestras e imágenes detalladas a nivel subcelular, pero su uso ha sido limitado debido al equipo muy especializado que se requiere y, en biología, al daño que causan a las células vivas.
Sin embargo, un equipo de investigadores ha construido un nuevo microscopio de rayos X blandos a través del cual pudieron observar células vivas de mamíferos por primera vez. Pudieron tomar imágenes de estructuras de carbono dentro de las células, que no se habían visto antes con otros instrumentos. El carbono es uno de los elementos principales de la vida, por lo que proporciona una nueva ventana a una parte vital de nosotros mismos.
El microscopio tiene dos componentes clave:un láser de electrones suave y libre de rayos X; y los espejos Wolter de alta precisión, un tipo de espejo muy utilizado en los telescopios de rayos X para observar el espacio. Los espejos se fabricaron utilizando tecnología creada por el autor principal Satoru Egawa, profesor asistente del Centro de Investigación de Ciencia y Tecnología Avanzada de la Universidad de Tokio.
"Un suave láser de electrones libre de rayos X proporcionó iluminación por pulsos a una velocidad de decenas de femtosegundos (un femtosegundo es una millonésima de una milmillonésima de segundo). La duración ultracorta de los pulsos de radiación nos permitió tomar una imagen antes la estructura de la célula viva se vio alterada por los daños causados por la radiación", explicó Egawa.
"Utilizamos espejos Wolter para iluminación e imágenes. Estos espejos proporcionan un amplio campo de visión, pueden resistir la irradiación de potentes láseres y no muestran distorsión de color, lo que los hace ideales para observar muestras en varias longitudes de onda".
Aunque anteriormente se habían utilizado láseres de electrones libres de rayos X suaves para estudiar virus y bacterias más pequeños, las células de mamíferos eran demasiado grandes para estudiarlas de esta manera. Sin embargo, al utilizar espejos Wolter, el equipo pudo lograr un campo de visión más amplio y utilizar un soporte de muestra más grueso que podría contener células más grandes.
Las imágenes resultantes mostraron detalles sobre el contenido de carbono en las células que no se habían visto mediante otros métodos, como la microscopía electrónica y la microscopía de fluorescencia.
"Para nosotros fue sorprendente encontrar una vía de carbono entre el nucléolo (una estructura en el núcleo de la célula, involucrada en la función y supervivencia celular) y la membrana nuclear (que envuelve el núcleo), que no se había observado con microscopios de luz visible, " dijo Egawa.
Se encuentran disponibles láseres de electrones libres de rayos X suaves y más brillantes que permitirían imágenes aún más claras con menos "ruido" granulado. Al agregar láseres más brillantes y espejos Wolter más precisos, el equipo espera mejorar el microscopio para que pueda observar más elementos bioquímicos. Esto también podría ayudar a iluminar algunas de las reacciones e interacciones vitales que tienen lugar dentro de las células vivas.
Más información: Satoru Egawa et al, Observación de células vivas de mamíferos con iluminación de pulso único de femtosegundo generada por un láser de electrones suaves libres de rayos X, Optica (2024). DOI:10.1364/OPTICA.515726
Información de la revista: Óptica
Proporcionado por la Universidad de Tokio
