Los científicos han desarrollado una nueva técnica utilizando herramientas hechas de ADN luminiscente, iluminado como luciérnagas, visualizar las fuerzas mecánicas de las células a nivel molecular. Métodos de la naturaleza publicó el trabajo, dirigido por químicos de la Universidad de Emory, quienes demostraron su técnica en plaquetas de sangre humana en experimentos de laboratorio.

"Normalmente, un microscopio óptico no puede producir imágenes que resuelvan objetos más pequeños que la longitud de una onda de luz, que es de unos 500 nanómetros, "dice Khalid Salaita, Emory profesor de química y autor principal del estudio. "Encontramos una manera de aprovechar los avances recientes en imágenes ópticas junto con nuestros sensores de ADN molecular para capturar fuerzas a 25 nanómetros. Esa resolución es similar a estar en la Luna y ver las ondas causadas por las gotas de lluvia que golpean la superficie de un lago en la Tierra. . "

Casi todos los procesos biológicos involucran un componente mecánico, desde la división celular hasta la coagulación de la sangre y el montaje de una respuesta inmunitaria. "Comprender cómo las células aplican fuerzas y fuerzas sensoriales puede ayudar en el desarrollo de nuevas terapias para muchos trastornos diferentes, "dice Salaita, cuyo laboratorio es líder en el diseño de formas de obtener imágenes y mapear fuerzas biomecánicas.

Los primeros autores del artículo, Joshua Brockman y Hanquan Su, Hizo el trabajo como estudiantes graduados de Emory en el laboratorio de Salaita. Ambos recibieron recientemente su doctorado.

Los investigadores convirtieron hebras de ADN sintético en sondas de tensión molecular que contienen bolsillos ocultos. Las sondas están unidas a receptores en la superficie de una célula. Los fragmentos de ADN que flotan libremente marcados con fluorescencia sirven como generadores de imágenes. A medida que las piezas de ADN no ancladas zumban, crean rayos de luz en los videos de microscopía.

Cuando la célula aplica fuerza en un sitio receptor en particular, las sondas adjuntas se estiran haciendo que sus bolsillos ocultos se abran y liberen zarcillos de ADN que se almacenan en el interior. Las piezas de ADN que flotan libremente están diseñadas para acoplarse a estos zarcillos de ADN. Cuando las piezas de ADN fluorescentes se acoplan, se desmovilizan brevemente, apareciendo como puntos fijos de luz en los videos de microscopía.

Se toman horas de video microscópico del proceso, luego se aceleró para mostrar cómo los puntos de luz cambian con el tiempo, proporcionando la vista a nivel molecular de las fuerzas mecánicas de la célula.

Los investigadores utilizan una analogía de la luciérnaga para describir el proceso.

"Imagina que estás en un campo en una noche sin luna y hay un árbol que no puedes ver porque está completamente oscuro, "dice Brockman, quien se graduó del Departamento de Ingeniería Biomédica de Wallace H. Coulter, un programa conjunto de Georgia Tech y Emory, y ahora es becario postdoctoral en Harvard. "Por alguna razón, a las luciérnagas les gusta mucho ese árbol. A medida que aterrizan en todas las ramas y a lo largo del tronco del árbol, lentamente podría construir una imagen del contorno del árbol. Y si fueras realmente paciente incluso podría detectar las ramas del árbol ondeando en el viento al registrar cómo las luciérnagas cambian sus lugares de aterrizaje con el tiempo ".

"Es muy difícil obtener imágenes de las fuerzas de una célula viva en alta resolución, "dice Su, quien se graduó del Departamento de Química de Emory y ahora es becario postdoctoral en el laboratorio Salaita. "Una gran ventaja de nuestra técnica es que no interfiere con el comportamiento normal o la salud de una célula".

Otra ventaja, él añade, es que las bases de ADN de A, GRAMO, T y C, que se unen naturalmente entre sí de formas particulares, se puede diseñar dentro del sistema de sonda e imagen para controlar la especificidad y mapear múltiples fuerzas al mismo tiempo dentro de una célula.

"Por último, podemos vincular varias actividades mecánicas de una célula a proteínas específicas o a otras partes de la maquinaria celular, "Dice Brockman." Eso puede permitirnos determinar cómo alterar la célula para cambiar y controlar sus fuerzas ".

Al utilizar la técnica para obtener imágenes y mapear las fuerzas mecánicas de las plaquetas, las células que controlan la coagulación de la sangre en el lugar de una herida, los investigadores descubrieron que las plaquetas tienen un núcleo concentrado de tensión mecánica y un borde delgado que se contrae continuamente. "Antes no podíamos ver este patrón, pero ahora tenemos una imagen nítida, "Dice Salaita." ¿Cómo controlan estas fuerzas mecánicas la trombosis y la coagulación? Nos gustaría estudiarlos más para ver si podrían servir como una forma de predecir un trastorno de la coagulación ".

Así como los telescopios cada vez más potentes nos permiten descubrir planetas, estrellas y las fuerzas del universo, La microscopía de mayor potencia nos permite hacer descubrimientos sobre nuestra propia biología.

"Espero que esta nueva técnica conduzca a mejores formas de visualizar no solo la actividad de células individuales en un plato de laboratorio, pero para aprender sobre las interacciones de célula a célula en condiciones fisiológicas reales, "Su dice." Es como abrir una nueva puerta a un reino en gran parte inexplorado:las fuerzas dentro de nosotros ".