Cuando las ciudades se transforman en un colorido mundo de luces a medida que cae la oscuridad, a menudo solo es posible estimar sus contornos, lo que, según la perspectiva, puede llamar la atención sobre detalles clave o trivialidades. En la microscopía de fluorescencia, las células biológicas se marcan con tintes fluorescentes y se excitan para que emitan luminiscencia en áreas específicas mediante interruptores ópticos, como una ciudad en la noche. Sin embargo, esta luz suele ser demasiado débil para objetos pequeños y rápidos, o incluso se apaga después de un tiempo. Esto se conoce como "blanqueo por fluorescencia".

Ahora, un nuevo enfoque desarrollado por el Prof. Dr. Alexander Rohrbach y su equipo en el Laboratorio de Bio y Nano-Fotónica de la Universidad de Freiburg ha encontrado una manera de hacer que los objetos más pequeños sean claramente visibles sin fluorescencia. De esta forma, las estructuras celulares o partículas del tamaño de un virus se pueden observar de 100 a 1000 veces más, de diez a 100 veces más rápido y con casi el doble de resolución que con microscopía de fluorescencia. Mientras que la microscopía de fluorescencia registra lo que podría llamarse "imágenes nocturnas" de estructuras, la microscopía ROCS toma "imágenes diurnas", opuestos que pueden complementarse entre sí de manera excelente. Rohrbach y sus colegas describen varias aplicaciones de la tecnología en el último número de Nature Communications .

El láser azul dirigido ilumina el objeto en un ángulo oblicuo

La tecnología que utilizan se conoce como "Dispersión Coherente Rotatoria" (ROCS) y utiliza un rayo láser azul de rotación rápida. "Estamos explotando varios fenómenos físicos familiares de la vida cotidiana", explica Rohrbach, "Primero, los objetos pequeños como moléculas, virus o estructuras celulares dispersan, o distribuyen, la luz azul en su mayoría, que se conoce por las moléculas de aire en la atmósfera y que percibimos como cielo azul". Los objetos pequeños se dispersan y dirigen aproximadamente diez veces más partículas de luz azul que roja a la cámara y, por lo tanto, transmiten información valiosa.

En segundo lugar, ROCS apunta un láser azul en un ángulo muy oblicuo sobre los objetos biológicos, porque esto aumenta notablemente el contraste y la resolución. Esto también nos resulta familiar:si sostiene una copa de vino en ángulo hacia la luz, es mucho más fácil detectar suciedad o huellas dactilares. En tercer lugar, los científicos iluminan el objeto sucesivamente desde cada dirección con el rayo láser oblicuo, porque la iluminación desde una sola dirección produciría muchos artefactos.

100 imágenes por segundo de células vivas

El físico de Friburgo y los ingenieros del Departamento de Ingeniería de Microsistemas (IMTEK) giran el rayo láser oblicuo cien veces por segundo alrededor del objeto y, por lo tanto, producen 100 imágenes por segundo. "Así que en diez minutos ya tenemos 60.000 imágenes de células vivas, que resultan ser mucho más dinámicas de lo que se pensaba", dice Rohrbach. Sin embargo, los análisis dinámicos como este exigen una enorme potencia informática para procesar solo un minuto de material visual. Por lo tanto, primero se tuvo que desarrollar una variedad de algoritmos informáticos y procesos analíticos para que los datos pudieran interpretarse correctamente.

Junto con su colega el Dr. Felix Jünger y en cooperación con varios grupos de investigación de Friburgo, Rohrbach pudo demostrar la capacidad del microscopio usando varios sistemas celulares:"Nuestro objetivo principal no era generar imágenes o películas bonitas de la dinámica inesperadamente alta. de las células, queríamos obtener nuevos conocimientos biológicos". Por ejemplo, la tecnología ROCS les permitió observar cómo los mastocitos abren pequeños poros en solo unos pocos milisegundos cuando son estimulados, para expulsar gránulos esféricos a una fuerza y ​​velocidad inexplicablemente altas. Los gránulos contienen el transmisor histamina, que posteriormente puede provocar reacciones alérgicas.

Observación del comportamiento de unión de partículas del tamaño de un virus

En otra serie de experimentos, los investigadores pudieron observar cómo diminutas partículas del tamaño de un virus bailan a una velocidad increíble alrededor de la superficie rugosa de las células carroñeras, requiriendo varios intentos para encontrar un punto de unión en la célula. Estas observaciones sirvieron como pruebas preliminares para los estudios que se están realizando actualmente sobre el comportamiento de unión de los coronavirus.

Además, la tecnología ROCS se ha utilizado dentro del grupo de investigación colaborativa CRC 1425 sobre la formación de cicatrices en lesiones cardíacas. Los fibroblastos, es decir, células de tejido cicatricial, forman tubos delgados de 100 nanómetros, los llamados nanotubos, que son 1000 veces más delgados que un cabello. Mediante esta nueva tecnología, Jünger y Rohrbach pudieron descubrir que estos tubos vibran térmicamente en una escala de milisegundos, pero este movimiento disminuye con el tiempo. Según análisis matemáticos de actividad, esto indica un endurecimiento mecánico de los nanotubos.

En otros experimentos, los científicos finalmente pudieron observar en miles de imágenes cómo los filopodios, los "dedos" de las células carroñeras, buscan presas en su entorno utilizando un movimiento complejo de difuminado y cómo los filopodios pueden alterar su citoesqueleto a velocidades previamente desconocidas. + Explora más

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