Las partículas de microláser han surgido como sondas ópticas únicas para el seguimiento de una sola célula. Sin embargo, debido a la direccionalidad inherente de las emisiones láser, El seguimiento celular con partículas láser sufre una pérdida frecuente de trazas celulares. Recientemente, Los científicos de la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad de Pekín colocaron partículas láser visibles omnidireccionales en células vivas, y demostró seguimiento espacial continuo de celdas individuales. La técnica abrirá nuevas vías para el análisis unicelular a gran escala en el estudio de la heterogeneidad celular.

Las partículas láser son láseres micrométricos y nanométricos en forma de partículas dispersables en solución acuosa, que han atraído un interés considerable en las ciencias de la vida como una nueva sonda óptica prometedora. Las partículas láser emiten luz brillante con un ancho de banda espectral extremadamente estrecho. Al transferir partículas de láser a células vivas como se muestra en la Figura 1, Las células individuales en una población heterogénea se pueden rastrear utilizando la huella digital espectral específica de cada partícula intracelular como un código de barras ópticamente legible. Sin embargo, Las partículas láser emiten luz direccional (Figura 2) y se dispersan libremente dentro de las células vivas. su orientación varía aleatoriamente con el tiempo. Por lo tanto, la lectura óptica de estas etiquetas da como resultado un parpadeo 'parecido a un faro', que conduce a la pérdida frecuente de trazas celulares.

En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , científicos del grupo del profesor Seok-Hyun Yun en la Facultad de Medicina de Harvard, y el grupo del profesor Yun-Feng Xiao en la Universidad de Pekín demuestran el seguimiento de una sola célula con partículas láser intracelulares diseñadas para emitirse de manera casi homogénea en todas las direcciones. La emisión de láser omnidireccional se logra incorporando dispersión de luz en la cavidad del microdisco, que reduce las fluctuaciones de intensidad dependientes de la orientación en dos órdenes de magnitud (Figura 2), permitiendo el seguimiento sin parpadeo de celdas individuales en las mismas condiciones en las que la tecnología existente sufre fallas de seguimiento frecuentes. La técnica informada abrirá nuevas vías para el análisis unicelular a gran escala, y facilitar otras aplicaciones de partículas láser, tales como detección celular y bioquímica y análisis unicelular en microfluídica.

Estos científicos resumen el principio de etiquetado unicelular de las partículas láser:"Normalmente, los investigadores utilizan sondas fluorescentes para marcar células específicas, pero solo se pueden usar unos pocos colores al mismo tiempo antes de que la superposición espectral se convierta en un problema. Las partículas láser son láseres diminutos que se pueden insertar dentro de las células vivas. Estos diminutos láseres pueden diseñarse para producir muchos colores más distinguibles. Las partículas láser intracelulares con un color específico se moverán con células vivas, y, por lo tanto, se puede rastrear células individuales a medida que se mueven a través de muestras biológicas complejas, "dijo el Dr. Shui-Jing Tang, ex estudiante visitante en la Facultad de Medicina de Harvard y actual investigador postdoctoral de Boya en la Universidad de Pekín.

"Desafortunadamente, Las partículas láser emiten luz en una dirección específica. Cuando las partículas giran libremente con el tiempo a medida que la celda se mueve, su brillo aparente, visto por un fotodetector, cambia drásticamente. Desarrollamos un nuevo tipo de partícula láser que emite luz en todas las direcciones. Por lo tanto, las trazas espaciales de la celda se pueden rastrear continuamente sin importar cómo se orientó cada partícula dentro de una celda, "añadió Paul Dannenberg, estudiante de posgrado en la Escuela de Medicina de Harvard.

"La técnica presentada hace posible detectar e identificar partículas láser de forma fiable a lo largo del tiempo en aplicaciones de seguimiento celular, lo que podría permitir el análisis unicelular a gran escala en muestras biológicas complejas. Además del seguimiento celular, nuestro trabajo facilitará otras aplicaciones de partículas láser, como la detección celular y bioquímica y el análisis unicelular en microfluídica, "dijo el Dr. Andreas Liapis, investigador de la Universidad de Harvard.