Los procesos clave en el cuerpo están controlados por la concentración de calcio dentro y alrededor de las células. Un equipo de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) y el Helmholtz Zentrum München han desarrollado la primera molécula sensora que es capaz de visualizar el calcio en animales vivos con la ayuda de una técnica de imagen sin radiación conocida como optoacústica. El método no requiere que las células se modifiquen genéticamente y no implica exposición a la radiación.

El calcio es un mensajero importante en el cuerpo. En las células nerviosas, por ejemplo, Los iones de calcio determinan si las señales se transmiten a otras células nerviosas. Y si un músculo se contrae o se relaja depende de la concentración de calcio en las células musculares. Esto también es cierto para el corazón.

"Debido a que el calcio juega un papel tan importante en órganos esenciales como el corazón y el cerebro, Sería interesante poder observar cómo cambian las concentraciones de calcio en las profundidades de los tejidos vivos y de esta manera mejorar nuestra comprensión de los procesos patológicos. Nuestra molécula sensora es un pequeño primer paso en esta dirección, "dice Gil Gregor Westmeyer, jefe del estudio y profesor en Helmholtz Zentrum München. El profesor Thorsten Bach del Departamento de Química de TUM también participó en el estudio, que fue publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense . Los investigadores ya han probado su molécula en el tejido cardíaco y el cerebro de larvas vivas de pez cebra.

También es posible realizar mediciones de calcio en tejidos profundos

El sensor se puede medir con un relativamente nuevo, método de imagen no invasivo conocido como optoacústica, lo que lo hace adecuado para su uso en animales vivos y posiblemente también en humanos. El método se basa en tecnología de ultrasonido, que es inofensivo para los humanos y no utiliza radiación. Los pulsos de láser calientan la molécula del sensor fotoabsorbente en el tejido. Esto hace que la molécula se expanda brevemente, resultando en la generación de señales de ultrasonido. Luego, las señales son detectadas por sensores de ultrasonido y se traducen en imágenes tridimensionales.

La luz se dispersa a medida que atraviesa el tejido. Por esta razón, las imágenes bajo un microscopio óptico se vuelven borrosas a profundidades de menos de un milímetro. Esto destaca otra ventaja de la optoacústica:el ultrasonido sufre muy poca dispersión, produciendo imágenes nítidas incluso a profundidades de varios centímetros. Esto es particularmente útil para examinar el cerebro, porque los métodos existentes solo penetran unos pocos milímetros por debajo de la superficie del cerebro. Pero el cerebro tiene una estructura tridimensional tan compleja con varias áreas funcionales que la superficie solo constituye una pequeña parte. Por lo tanto, los investigadores pretenden utilizar el nuevo sensor para medir los cambios de calcio en el interior de los tejidos vivos. Ya han logrado resultados en los cerebros de larvas de pez cebra.

No tóxico y libre de radiación.

Adicionalmente, los científicos diseñaron la molécula sensora para que las células vivas la capten fácilmente. Es más, es inofensivo para los tejidos y funciona según el color:tan pronto como el sensor se une al calcio, su color cambia, que a su vez cambia la señal optoacústica inducida por la luz.

Muchos métodos de obtención de imágenes disponibles actualmente para visualizar cambios en el calcio requieren células modificadas genéticamente. Están programados por ejemplo, emitir fluorescencia siempre que cambie la concentración de calcio en la célula. El problema es que no es posible realizar este tipo de intervenciones genéticas en humanos.

El nuevo sensor supera esta limitación, dicen los científicos. En el futuro, los investigadores planean refinar aún más las propiedades de la molécula, permitiendo que las señales del sensor se midan en capas de tejido aún más profundas. Para tal fin, El equipo encabezado por Gil Gregor Westmeyer debe generar más variantes de la molécula que absorban la luz de una longitud de onda más larga que la que el ojo humano no puede percibir.