La detección dinámica y sin etiquetas de la adhesión de células madre utiliza el microscopio de cristal fotónico mejorado. Crédito:Yue Zhuo, Universidad de Illinois
El grupo de Nano Sensores del profesor Brian Cunningham de Ingeniería Eléctrica e Informática y Bioingeniería de la Universidad de Illinois ha inventado un nuevo método de obtención de imágenes de células vivas que algún día podría ayudar a los biólogos a comprender mejor cómo las células madre se transforman en células especializadas y cómo se propagan enfermedades como el cáncer. Su microscopio de cristal fotónico mejorado (PCEM) es capaz de monitorear y medir cuantitativamente la adhesión celular, un proceso crítico implicó la migración celular, diferenciación celular, división celular, y muerte celular.
"Nuestro enfoque es importante porque actualmente no existen herramientas de imágenes de alta resolución y sin etiquetas que permitan cuantificar y obtener imágenes dinámicamente de las interacciones entre la superficie y la célula". aunque estos procesos son fundamentales para cosas como la cicatrización de heridas, desarrollo de tejidos, invasión tumoral, y metástasis del cáncer, "dijo Brian Cunningham, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Illinois.
La mayoría de los métodos de obtención de imágenes convencionales se basan en tintes fluorescentes, que se adhieren e iluminan los componentes de la célula para que sean visibles bajo un microscopio. Sin embargo, El etiquetado fluorescente tiene sus limitaciones, a saber, que es invasivo, difícil para la medición cuantitativa, y solo proporciona una ventana de tiempo a corto plazo para el examen y la medición de células debido al blanqueamiento fotográfico.
Al utilizar el PCEM, los investigadores han medido con éxito la densidad de masa efectiva de las membranas celulares durante la diferenciación de células madre, y la respuesta de las células cancerosas a los fármacos durante un período prolongado. Sus resultados, "Imágenes cuantitativas de la densidad de masa efectiva asociada a la membrana celular utilizando microscopía mejorada de cristal fotónico, "fueron reportados en la revista Progreso en electrónica cuántica , (Noviembre de 2016, Volumen 50).
Según el investigador principal de PCEM, Yue Zhuo, un becario postdoctoral del Instituto Beckman, El etiquetado fluorescente no permite a los científicos ver cómo cambia una proteína o una célula con el tiempo.
"Puede ver la celda durante unas pocas horas como máximo antes de que se apague la luz fluorescente, pero se necesitan varios días para realizar un experimento con células madre, ", dijo Zhuo." Los científicos usan comúnmente el etiquetado fluorescente porque no hay mejor manera de monitorear las células vivas debido a su bajo contraste de imágenes entre los orgánulos celulares. Eso nos insta a desarrollar un método de imágenes de alta resolución y sin etiquetas para el estudio de células vivas ".
Yue Zhuo, Investigador postdoctoral y Beckman Institute Fellow, Puede obtener imágenes de células vivas sin tintes fluorescentes utilizando el microscopio mejorado con cristal fotónico. Crédito:G. Pluta
El microscopio del equipo de Illinois funciona con una fuente de luz LED y un biosensor de cristal fotónico fabricado con materiales económicos como dióxido de titanio y plástico utilizando un método de fabricación como el moldeado con nanorreplicaciones.
"Nuestro sensor se puede fabricar masivamente con facilidad, y nuestro costo para fabricar el sensor es de menos de $ 1 cada uno ", señaló Zhuo.
En el aparato de Zhuo, El biosensor de cristal fotónico es un sensor óptico que se puede aplicar a cualquier celda acoplable. La superficie del sensor está recubierta con materiales de matriz extracelular para facilitar las interacciones celulares. que luego se ven a través de un objetivo normal y se graban con una cámara CCD.
"La ventaja de nuestro sistema PCEM es que puede ver que la celda [en vivo] comienza a conectarse a nuestro sensor, y podemos medir cuantitativa y dinámicamente lo que sucedió en ese momento, ", Dijo Zhuo." De hecho, podemos medir una capa muy delgada en la parte inferior de la celda que es de unos 100 nanómetros, que está más allá del límite de difracción de la luz visible ".
En el futuro, Zhuo planea equipar el microscopio con una resolución de imagen más alta y algún día espera poder construir una biblioteca de datos de adhesión celular para los científicos.
"Los diferentes tipos de células tendrán diferentes perfiles de adjuntos dinámicos". Ella explicó. "Podemos utilizar esta biblioteca para analizar diferentes tipos de células para la regeneración de tejidos, diagnóstico de enfermedades, o tratamiento farmacológico, por ejemplo, ver cómo se propagan las células enfermas, o ver cómo responden las células cancerosas a diferentes tratamientos farmacológicos ".
