La imagen de la interfaz de la célula (azul) y el nanopilar muestra las membranas celulares envueltas alrededor del pilar.
(PhysOrg.com) - Un equipo de investigación de Stanford utiliza nanopilares brillantes para dar a los biólogos, neurólogos y otros investigadores de una manera más profunda, mirada más precisa a las células vivas.
Como van las palabras evanescente no ve suficiente uso. Es un término ingenioso cuya belleza desmiente su verdadero significado:fugaz o desapareciendo rápidamente. James Dean era evanescente. Los últimos rayos de una puesta de sol son evanescentes. Todo lo que se desvanece sin embargo, no esta perdido, como demostró un equipo de investigadores de Stanford en un artículo reciente en Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. De hecho, en las manos adecuadas, La evanescencia puede tener un efecto duradero.
El equipo de Stanford, dirigido por el químico Bianxiao Cui y el ingeniero Yi Cui (sin relación), con los académicos Chong Xie y Lindsey Hanson, han creado una plataforma de investigación celular que utiliza nanopilares que brillan de tal manera que permiten a los biólogos, neurólogos y otros investigadores de una manera más profunda, mirada más precisa a las células vivas.
"Este novedoso sistema de iluminación es muy preciso, "dijo Bianxiao Cui, autor principal del estudio y profesor asistente de química en Stanford. "Las estructuras nanopilares en sí ofrecen muchas ventajas que hacen que este desarrollo sea particularmente prometedor para el estudio de las células humanas".
Desafíos de larga data
Para comprender el potencial de este avance, es útil comprender los desafíos de las formas anteriores de imágenes moleculares, que iluminan directamente el área del sujeto en lugar de utilizar la luz de fondo, como en este enfoque.
Científicos que esperan algo mejor Las imágenes moleculares más pequeñas han estado esposadas durante años por una limitación física sobre cuán pequeña era el área en la que podían enfocarse, un área conocida como volumen de observación. El volumen mínimo de observación se ha limitado durante mucho tiempo a la longitud de onda de la luz visible, unos 400 nanómetros. Moléculas individuales, incluso proteínas largas comunes en biología y medicina, son mucho más pequeños que 400 nanómetros.
Aquí es donde entra en juego la evanescencia. El equipo de Stanford ha empleado con éxito nanopilares de cuarzo que brillan lo suficiente para proporcionar luz para ver. pero lo suficientemente débil como para perforar por debajo de la barrera de los 400 nanómetros. El campo de luz que rodea a los nanopilares brillantes, conocido como la "onda de evanescencia", se extingue a unos 150 nanómetros del pilar. Voilà:una fuente de luz más pequeña que la longitud de onda de la luz. Los investigadores de Stanford estiman que han reducido el volumen de observación a una décima parte del tamaño de los métodos anteriores.
Promesa particular
La técnica de formación de imágenes de nanopilares de Stanford es particularmente prometedora en estudios celulares por varias razones. Primero, no es invasivo:no daña la célula que se está observando, una caída de algunas tecnologías anteriores. Por ejemplo, una neurona viva puede cultivarse en la plataforma y observarse durante largos períodos de tiempo.
Segundo, los nanopilares esencialmente fijan las células en su lugar. Esto es prometedor para el estudio de las neuronas en particular, que tienden a moverse con el tiempo debido a los disparos repetidos y la relajación necesaria para el estudio.
Finalmente, y quizás lo más importante, el equipo de Stanford descubrió que al modificar la química en la superficie de los nanopilares podían atraer moléculas específicas que querían observar. En esencia, pueden seleccionar moléculas para estudiarlas incluso dentro del entorno abarrotado y complejo de una célula humana.
"Sabemos que las proteínas y sus anticuerpos se atraen entre sí, ", dijo Bianxiao Cui." Cubrimos los pilares con anticuerpos y las proteínas que queremos observar se atraen directamente a la fuente de luz, como prima donnas al centro de atención ".
Preparando la escena
Para crear sus nanopilares, los miembros del equipo de Stanford comienzan con una hoja de cuarzo, que rocían con finos puntos de oro en un patrón de dispersión, al estilo de Jackson Pollock. Luego graban el cuarzo con un gas corrosivo. Los puntos dorados protegen el cuarzo directamente debajo del proceso de grabado, dejando atrás alto, pilares delgados de cuarzo.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido de una célula sobre la que se ha crecido e interactuando con nanopilares. Las flechas indican tres nanopilares.
Los investigadores pueden controlar la altura de los nanopilares ajustando la cantidad de tiempo que el gas de grabado está en contacto con el cuarzo y el diámetro de los nanopilares variando el tamaño de los puntos dorados. Una vez que se completa el proceso de grabado y se crean los pilares, agregan una capa de platino a la extensión plana de cuarzo en la base de los pilares.
El escenario es algo sacado de una película futurista de John Ford:Monument Valley renderizado en cristal de cuarzo. Todo lo que falta es una diligencia y John Wayne. En este mundo, un amplio desierto de platino se extiende hasta el horizonte, interrumpido en ocasiones por picos transparentes de cuarzo cristalino que se elevan varios cientos de nanómetros desde el fondo del valle.
Luego, los investigadores de Stanford arrojan luz desde debajo de su creación. El platino opaco bloquea la mayor parte de la luz, pero una pequeña cantidad viaja a través de los nanopilares, que brillan contra el oscuro campo de platino.
"Los nanopilares se parecen un poco a pequeños sables de luz, "dijo Yi Cui, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en Stanford, "pero proporcionan la cantidad justa de luz para permitir a los científicos hacer cosas asombrosas, como mirar moléculas individuales".
El equipo ha creado una plataforma excepcional para cultivar y observar células humanas. El platino es biológicamente inerte y las células crecen y se adhieren estrechamente a los nanopilares. Las agujas brillantes luego se encuentran con moléculas fluorescentes dentro de la célula viva, haciendo que las moléculas brillen, proporcionando a los investigadores la luz que necesitan para mirar dentro de las células.
"Entonces, no solo hemos encontrado una manera de iluminar volúmenes una décima parte de los métodos anteriores, lo que nos permite mirar estructuras cada vez más pequeñas, sino que también podemos elegir qué moléculas queremos observar, ", dijo Yi Cui." Esto podría ser el tipo de tecnología transformadora que los investigadores en biología, neurología, la medicina y otras áreas necesitan dar el siguiente paso adelante en su investigación ".
