Durante las últimas décadas, se han desarrollado con éxito varios métodos para medir las fuerzas adhesivas celulares. Actualmente, varias tecnologías líderes, como la microscopía de fuerza de tracción (TFM), las pinzas ópticas/magnéticas y la microscopía de fluorescencia basada en tensión molecular (MTFM), se utilizan ampliamente para medir las fuerzas celulares.

Sin embargo, estas técnicas tienen limitaciones notables en términos de sensibilidad e interpretación de datos, lo que impide nuestra capacidad para comprender de manera integral la mecanobiología. Además, la técnica MTFM se ve obstaculizada por la naturaleza estocástica del fotoblanqueo con fluoróforos.

Por lo tanto, es esencial desarrollar una nueva técnica que pueda medir con precisión las fuerzas adhesivas celulares sin etiquetas fluorescentes. Esto es crucial para avanzar en el campo de la mecanobiología.

Un proyecto dirigido por el profesor Zhiqin Chu del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de Hong Kong (HKU) y el profesor Qiang Wei de la Universidad de Sichuan aplicó tecnología de detección cuántica sin etiquetas para medir la fuerza celular a nanoescala. Esto supera las limitaciones de los aparatos de fuerza celular tradicionales y ofrece nuevos conocimientos para estudiar la mecánica celular, incluida la influencia de las fuerzas de adhesión celular en la propagación de las células cancerosas.

El equipo de investigación ha desarrollado una nueva microscopía de tensión molecular de diamante mejorada cuánticamente (QDMTM) que ofrece un enfoque eficaz para estudiar las fuerzas de adhesión celular. En comparación con los métodos de medición de la fuerza celular que utilizan sondas fluorescentes, QDMTM tiene el potencial de superar desafíos como el fotoblanqueo, la sensibilidad limitada y la ambigüedad en la interpretación de los datos. Además, los sensores QDMTM se pueden limpiar y reutilizar, lo que mejora la precisión absoluta al comparar las fuerzas de adhesión celular en varias muestras.

El nuevo método cambia fundamentalmente la forma de estudiar cuestiones importantes como las interacciones célula-célula o célula-material, con importantes implicaciones para la biofísica y la ingeniería biomédica. Los hallazgos se han publicado en Science Advances. , en un artículo titulado "Microscopía de tensión molecular de diamante mejorada cuánticamente para cuantificar las fuerzas celulares".

El equipo de investigación desarrolló QDMTM combinando la extensión del polímero (que actúa como transductor de fuerza) inducida por fuerzas celulares con el tiempo de relajación longitudinal de NV. Las propiedades cuánticas únicas de los espines de los electrones del centro NV en el diamante sirven como base fundamental para la sensibilidad y precisión sin precedentes de QDMTM.

La singularidad de esta innovación radica en la utilización de un "transductor de fuerza", que es un polímero que responde a la fuerza, capaz de convertir señales mecánicas en señales magnéticas. Midiendo los cambios en el tiempo de relajación del espín NV causados ​​por el ruido magnético, se pueden determinar las fuerzas adhesivas ejercidas por las células sobre el "transductor de fuerza". Las técnicas de medición existentes no pueden medir eficazmente las señales magnéticas estocásticas a nanoescala.

La innovadora técnica QDMTM ofrece un enfoque eficaz para estudiar las fuerzas de adhesión celular. A través de su estudio, los investigadores pudieron diferenciar con éxito células en varios estados de adhesión y descubrieron que la magnitud de las fuerzas celulares en diferentes regiones celulares coincidía con los hallazgos anteriores.

Esto sugiere que el método QDMTM es capaz de medir con precisión las fuerzas de adhesión celular. La siguiente fase de su investigación se centra en expandir el sensor cuántico de diamante en masa a partículas de diamante a nanoescala, lo que permitirá medir las fuerzas celulares en cualquier dirección.