Los investigadores médicos se enfrentan a un obstáculo al estudiar las células con un microscopio óptico:las leyes de la física. Obtener una imagen de cualquier cosa por debajo de cierto tamaño es complicado; las aberturas ópticas y la longitud de onda de la luz visible hacen estragos en la claridad. Conocido como límite de difracción, fue encontrado por primera vez por el físico alemán Ernst Abbe en 1873, y limita la resolución a 200 nanómetros (nm) en el mejor de los casos (o 200 mil millonésimas de metro).

En los últimos 20 años, nuevas técnicas de 'superresolución' han superado este obstáculo, imágenes de elementos de hasta unos pocos nanómetros. Uno de ellos, Microscopía STED (o reducción de emisión estimulada), incluso ganó el Premio Nobel de Física 2014. Pero la superresolución tiene limitaciones:necesita herramientas complejas o un procesamiento informático extenso, lo que puede agregar fallas borrosas. Y a menudo emplea tintes moleculares como etiquetas fluorescentes, que se degradan fácilmente bajo la luz láser, haciéndolos imposibles de usar para exposiciones prolongadas.

En el Centro de Biofotónica a nanoescala (CNBP), Los científicos están explorando una nueva estrategia que amplía el tiempo que tienen los investigadores para analizar células bajo un microscopio. Se basa en un uso inteligente de un tipo diferente de marcador fluorescente conocido como nanopartículas de conversión ascendente. o UCNP.

"Las propiedades ópticas de los UCNP brindan muchas oportunidades para aplicaciones de biodetección y, específicamente, para imágenes de superresolución, "dijo la Dra. Simone De Camillis, becario de investigación postdoctoral en el nodo de la Universidad Macquarie de CNBP, que forma parte del equipo dirigido por el profesor Jim Piper, investigador jefe del grupo de Detección e Imágenes Avanzadas.

El equipo desarrolló una nueva clase de UCNP cuyo brillo cambia abruptamente cuando se excita con luz infrarroja cercana. Este comportamiento se puede aprovechar para obtener imágenes de objetos con una resolución que sea la mitad del límite de difracción, de modo que estas partículas extremadamente pequeñas se puedan ver mucho más claramente. Y lo que es más, el método se puede aplicar a microscopios confocales estándar ampliamente utilizados en los laboratorios actuales.

Debido a que se basa en una luz de relativamente baja potencia, la técnica, conocida como microscopía de excitación-emisión superlineal de conversión ascendente (uSEE), es relativamente inofensiva para las células vivas y podría permitir obtener imágenes más profundas en el tejido.

Las UCNP también pueden operar junto con el enfoque STED, lo que permite obtener imágenes de hasta 60 nm, comparable con el rendimiento de STED convencional que utiliza colorantes moleculares.

El equipo ahora está perfeccionando el diseño de los nuevos UCNP y su capacidad para fabricarlos con mayor confiabilidad. Estas mejoras, junto con una capacidad de imagen mejorada que se acerca al tamaño de una sola nanopartícula, allanar el camino para las 'imágenes cuantitativas':la capacidad de contar el número real de UCNP en las células, así como identificar la posición de cada sonda de nanopartículas individual y saber dónde están.

"En la actualidad, cuando están muy juntos, puede ser difícil distinguirlos, "De Camillis dijo." Así que ahora estamos experimentando con la composición y estructura de los UCNP para poder resolver realmente UCNP individuales, incluso cuando se agrupan ".