Imagen de microscopía de una célula del músculo cardíaco con un diminuto láser incrustado que emite luz verde brillante. Las cintas blancas que se arquean a través de la célula son parte de la maquinaria que permite que las células del corazón se contraigan. El análisis del color de la luz emitida por los láseres incrustados permitió observar el funcionamiento de esta maquinaria de una manera sin precedentes. con importantes implicaciones futuras para comprender las enfermedades cardíacas. Crédito:Universidad de St Andrews
Suena a ciencia ficción, pero los láseres al ritmo de un corazón vivo es exactamente lo que los investigadores de la Universidad de St Andrews han desarrollado para mejorar la comprensión de la insuficiencia cardíaca y ayudar a desarrollar tratamientos más efectivos.
Liderando un equipo interdisciplinario de científicos, Dr. Marcel Schubert y el profesor Malte Gather de la Facultad de Física y Astronomía y la Dra. Samantha Pitt de la Facultad de Medicina de la Universidad de St Andrews, pequeños láseres incrustados en las células cardíacas individuales, y al analizar la luz que producen estos láseres, monitorearon las contracciones del músculo cardíaco.
La investigación, publicado en Fotónica de la naturaleza hoy dia, viene en el año en que el láser cumple 60 años desde su invención.
Para comprobar la función del corazón, los médicos toman el pulso de un paciente, medir la presión arterial, o tomar un electrocardiograma (ECG) que proporcione información sobre la función y el ritmo del corazón en su conjunto, pero proporciona poca información sobre lo que sucede en las diferentes partes del corazón.
Los ecocardiogramas y otros métodos sofisticados pueden proporcionar más información local, pero más avances, en particular para tratamientos que exploran células madre o tejido trasplantado, requerirá seguir las contracciones de las células individuales que forman el músculo cardíaco.
Logrando esto, al menos en modelos animales que se utilizan habitualmente para estudiar las afecciones cardíacas críticas que se observan comúnmente en pacientes humanos, promete una mejor comprensión y, por tanto, un tratamiento más eficaz.
Células del corazón latiendo fluorescentes con microláser. Crédito:Universidad de St Andrews
Los láseres se utilizan ampliamente en imágenes biomédicas, resolviendo detalles cada vez más finos de la vida, incluidos los detalles de mapeo en las células del corazón. Pero debido a que los láseres suelen ser grandes y requieren mucha energía, se sientan fuera del corazón y solo pueden enviar su luz a la superficie del tejido biológico, lo que limita severamente la profundidad a la que pueden verse.
En este último trabajo, Se colocaron diminutos láseres dentro del corazón donde actuaron como sondas microscópicas. Con cada latido del corazón el color de la luz que emiten estos láseres cambió en una cantidad pequeña pero claramente detectable, codificando así con precisión las contracciones de las células cardíacas a lo largo del tiempo.
Dr. Marcel Schubert, becario de investigación de la Royal Society en la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews, dijo:"El cambio de color fue una gran sorpresa y se cree que es causado por un cambio no reconocido previamente en la maquinaria celular de las células del músculo cardíaco".
Profesor Malte Gather, de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad de St Andrews, dijo:"Los datos que proporcionan nuestros láseres se parecen al ECG que registra su médico. Pero en nuestro caso, contiene información mecánica sobre el funcionamiento interno de una sola celda, y proviene de un tejido más profundo de lo que otros microscopios ópticos pueden ver hoy ".
Aunque la investigación aún se encuentra en sus inicios, el presente estudio demuestra que los láseres pueden resolver procesos dinámicos rápidos dentro de células vivas individuales y corazones completos. Se requerirá más trabajo antes de que el nuevo método se pueda aplicar de forma rutinaria en los laboratorios de investigación de todo el mundo. pero el equipo es optimista en cuanto a que los láseres en las células son un pilar fundamental.
Los microláseres pueden producirse fácilmente en millones y compararse con muchos microscopios modernos, la infraestructura adicional necesaria para analizar la emisión láser es relativamente barata y, para permitir que otros laboratorios utilicen y modifiquen su método, el equipo ha creado todos sus protocolos y el software que convierte la salida del láser en un ECG óptico disponible de forma gratuita.
El equipo de investigación ya está trabajando hacia su próximo hito de convertir un nanolaser desarrollado recientemente en un sensor óptico para la contracción del corazón. Siendo 1, 000 veces más pequeños que los microláseres utilizados en el estudio actual, estos láseres aumentarán aún más la versatilidad y la biocompatibilidad, allanando así el camino para las aplicaciones del nuevo método en estudios a largo plazo y en terapias cardíacas clínicamente relevantes.
