Las fuerzas ejercidas por una célula viva o un microorganismo son diminutas, a menudo no más grande que unos pocos nanonewtons. Para comparacion, un nanonewton es el peso de una parte en mil millones de una barra de chocolate típica. Todavía, para células biológicas y microbios, estas fuerzas son suficientes para permitir que las células se adhieran a una superficie o que los microbios se impulsen hacia los nutrientes. Científicos de Finlandia y Alemania presentan ahora una técnica altamente adaptable que utiliza sensores de fuerza de micropipetas para medir con precisión las fuerzas ejercidas por una amplia gama de organismos del tamaño de una micra. Este nuevo método se ha publicado ahora en Protocolos de la naturaleza .

Para mantenerse vivo y proliferar una célula biológica necesita adaptarse a sus condiciones ambientales. La capacidad para hacerlo implica principios físicos y fuerzas mecánicas. Las células pueden adherirse a superficies y otras células para eventualmente formar una biopelícula, una estructura que protege a la comunidad de células del ataque externo. Muchos microorganismos pueden moverse activamente arrastrándose sobre una superficie o nadando en un líquido, por ejemplo, hacia una fuente de nutrientes. Para avanzar en la comprensión de la motilidad microbiana, es importante medir las fuerzas mecánicas asociadas con su movimiento.

El desarrollo de sensores de fuerza de micropipetas para medir las fuerzas de las células vivas y los microorganismos se describe en un trabajo conjunto de la Dra. Matilda Backholm y el Dr. Oliver Bäumchen. "El principio de funcionamiento de la técnica del sensor de fuerza de la micropipeta es maravillosamente simple:al observar ópticamente la desviación de una micropipeta calibrada, las fuerzas que actúan sobre la pipeta se pueden medir directamente, "dice Matilda Backholm, investigador del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Aalto en Finlandia.

Una micropipeta es una aguja de vidrio hueca con un grosor de aproximadamente el diámetro de un cabello humano o incluso más pequeño. Una de las ventajas más notables de esta técnica es que se puede aplicar a una gran variedad de sistemas biológicos, que van desde una sola célula hasta un microorganismo de tamaño milimétrico. "Ejemplificamos la versatilidad de nuestro método utilizando dos sistemas modelo de microbiología, pero ciertamente, la técnica puede y será aplicada a otros sistemas biológicos en el futuro, "dice Oliver Bäumchen, líder del grupo de investigación en el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Göttingen, Alemania.

"La idea detrás de la técnica es combinar las ventajas de varias técnicas biofísicas establecidas. Usamos una micropipeta para agarrar una célula viva de la misma manera que se hace en la fertilización in vitro, y estudiar las fuerzas mecánicas midiendo la deflexión de la pipeta utilizando los principios de medición subyacentes a la microscopía de fuerza atómica, una técnica de medición estándar en física, "dice Bäumchen.

El Dr. Backholm señala otra gran ventaja:"A diferencia de otros métodos de medición de fuerza, detectamos la desviación de nuestra micropipeta altamente sensible simplemente observándola con un microscopio de última generación. Esto nos permite inspeccionar la forma y el movimiento del microorganismo con alta resolución óptica, mientras estamos midiendo las fuerzas simultáneamente ".

Durante todo esto, la célula o microorganismo está completamente intacto y vivo, que permite probar su reacción a los medicamentos y a los nutrientes, temperatura y otros factores ambientales. "La resolución de la fuerza es realmente notable. Con nuestros recientes avances tecnológicos, logramos con éxito detectar fuerzas de hasta diez piconewtons, que es casi tan bueno como un microscopio de fuerza atómica, "dice el Dr. Bäumchen.

Los investigadores esperan que su método se aplique en otros laboratorios de investigación en el futuro para abordar importantes cuestiones biofísicas. con el objetivo de comprender mejor las funciones biológicas de las células y los microorganismos, así como sus principios físicos subyacentes. El Dr. Backholm señala que estas vías de investigación pueden, de hecho, avanzar en las aplicaciones biomédicas y biotecnológicas:"La técnica del sensor de fuerza de la micropipeta podría ayudar a identificar medicamentos para combatir enfermedades infecciosas e inhibir la formación de biopelículas en implantes médicos, sólo por nombrar algunos ejemplos en los que este enfoque novedoso podría tener un impacto significativo ".