Los científicos de EPFL han desarrollado un nuevo tipo de portaobjetos de microscopio que puede aumentar la cantidad de luz en la microscopía de fluorescencia en un factor de hasta 25. Estos nuevos portaobjetos pueden amplificar y dirigir la luz, haciéndolos ideales para aplicaciones que van desde el diagnóstico en etapa temprana hasta el archivo rápido de muestras de patología.

Para los científicos, los portaobjetos de vidrio que se utilizan para preparar muestras para observarlas con un microscopio son parte integrante de su trabajo, y no han cambiado mucho en casi 200 años.

En el Instituto de Microingeniería de Neuchâtel, parte de la Escuela de Ingeniería de EPFL, Los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de portaobjetos de vidrio que rompe con la tradición. Sus diapositivas tienen un revestimiento que "estructura" la luz, permitiendo que se emita hasta 25 veces más luz y mejorando así la sensibilidad de los microscopios con los que se utilizan.

Nicolas Descharmes y Raphaël Barbey desarrollaron sus portaobjetos específicamente para microscopía de fluorescencia, que se usa ampliamente para diagnosticar cáncer y enfermedades autoinmunes, identificar alergias o secuenciar el ADN. Su diseño tiene propiedades ópticas únicas y permite la detección de cantidades mínimas de luz. Esto podría ser especialmente útil para hacer un diagnóstico en etapa temprana, identificar rápidamente tipos específicos de cáncer y archivar rápidamente muestras patológicas. "En un caso ideal, Nuestras diapositivas podrían usarse para detectar la presencia de una molécula, donde se necesitarían 25 moléculas en portaobjetos convencionales ", dice Descharmes.

Los científicos han patentado su tecnología, y sus diapositivas, que ya han sido utilizadas por investigadores en una variedad de campos, pronto se probarán en varias empresas. La pareja ha recibido el apoyo de EPFL, la fundación Gebert Rüf e Innosuisse, y planea lanzar su propia empresa en los próximos meses. A través de su puesta en marcha, Descharmes y Barbey podrán aumentar la producción y hacer que los portaobjetos estén disponibles para los laboratorios de los hospitales y los proveedores de diagnóstico.

Eliminando dos inconvenientes principales

La microscopía de fluorescencia funciona detectando la luz que emiten los compuestos llamados fluoróforos cuando se excitan. Más específicamente, los fluoróforos absorben la luz a una longitud de onda determinada, llamada longitud de onda de excitación, y, en respuesta, emitir luz en una longitud de onda más larga, llamada longitud de onda de emisión. Con microscopios de fluorescencia, los científicos pueden ver objetos que son naturalmente fluorescentes o que han sido marcados con un fluoróforo, y eso sería imposible de ver con un microscopio normal.

Pero hay dos inconvenientes principales en el uso de portaobjetos de vidrio en microscopía de fluorescencia. Primero, Los fluoróforos suelen emitir una cantidad muy pequeña de luz. Y segundo, la mayor parte de la luz que emiten se pierde en el tobogán, lo que significa que no se puede utilizar. Como resultado, muchos compuestos son difíciles o incluso imposibles de detectar a menos que haya una cantidad bastante grande en la muestra.

Un pastel de capa óptica

Los portaobjetos de Descharmes y Barbey tienen una estructura en capas que es capaz de controlar el entorno electromagnético que rodea las muestras. Cuando se ilumina los fluoróforos en una muestra, emiten más luz de la que emitirían en un tobogán convencional, y toda esa luz se dirige hacia el detector del microscopio. Eso da como resultado imágenes más claras o que se pueden generar más rápidamente.

"Lo que he visto hasta ahora es muy prometedor, "dice Séverine Lorrain, un técnico superior en la instalación de análisis de proteínas de UNIL que trabaja en la detección de proteínas en muestras. "Me impresionó mucho lo eficientes que son las diapositivas para amplificar la señal de fluorescencia. Eso significa que pude evitar pasar por un paso de amplificación de señal por separado, una gran ventaja ya que ese paso a menudo introduce ruido de fondo".

Jessica Dessimoz, jefe del Centro de Histología de la EPFL, también encuentra prometedores los nuevos portaobjetos:"La superficie de estos portaobjetos mejora la visualización de la señal fluorescente y reduce el tiempo de exposición requerido. Podría resultar muy útil para aplicaciones como la inmunofluorescencia cíclica".

Habilitación del diagnóstico en etapa temprana

Los científicos de EPFL están apuntando a varias aplicaciones para su invención, como el diagnóstico en etapa temprana de algunos tipos de cáncer o la lectura y el archivo más fáciles de diapositivas de histopatología, que se utilizan habitualmente en los análisis de biopsias. Según Barbey, "Escanear portaobjetos convencionales en fluorescencia lleva mucho tiempo porque las señales son débiles. Pero con nuestros portaobjetos, el proceso podría ir mucho más rápido. ¡Lo difícil será convencer a los investigadores de que renuncien a algunas de sus viejas diapositivas! ”Raphaël Barbey está trabajando actualmente en la industrialización de la producción de estas diapositivas con otro buque insignia de tecnología de Neuchâtel:el CSEM (Centro Suizo de Electrónica y Microtecnología).

Estos nuevos portaobjetos marcan un cambio en el campo de la microscopía de fluorescencia. Casi todas las partes del microscopio se han optimizado continuamente en las últimas décadas, excepto por las diapositivas. Las fuentes de luz ahora son más potentes, las cámaras son más sensibles y las lentes de mejor calidad. "Asombrosamente, las diapositivas se han olvidado un poco en este proceso de mejora, ", dice Barbey." La ventaja de nuestro enfoque es que implica un cambio menor para los usuarios de microscopios, pero podría mejorar sustancialmente el rendimiento de sus instrumentos ".