Diminuto y rápido los virus son difíciles de capturar en video. Ahora, los investigadores de la Universidad de Princeton han logrado una mirada sin precedentes a una partícula similar a un virus cuando intenta penetrar e infectar una célula. La técnica que desarrollaron podría ayudar a los científicos a aprender más sobre cómo administrar medicamentos a través de nanopartículas, que son aproximadamente del mismo tamaño que los virus, así como también sobre cómo prevenir que ocurra una infección viral.
El video revela una partícula parecida a un virus que se desplaza rápidamente de manera errática hasta que se encuentra con una celda, rebota y patina a lo largo de la superficie, y se levanta de nuevo o, en mucho menos tiempo del que se tarda en parpadear, se desliza hacia el interior de la celda. El trabajo fue publicado en Nanotecnología de la naturaleza .
"El desafío de obtener imágenes de estos eventos es que los virus y las nanopartículas son pequeños y rápidos, mientras que las células son relativamente grandes e inmóviles, "dijo Kevin Welsher, investigador postdoctoral en el Departamento de Química de Princeton y primer autor del estudio. "Eso ha hecho que sea muy difícil capturar estas interacciones".
El problema se puede comparar con grabar un video de un colibrí mientras deambula por un vasto jardín, dijo Haw Yang, profesor asociado de química y consejero de Welsher. Enfoque la cámara en el colibrí que se mueve rápidamente, y el fondo se verá borroso. Centrarse en el fondo, y el pájaro se desdibujará.
Los investigadores resolvieron el problema utilizando dos cámaras, uno que se fijó en la nanopartícula similar a un virus y la siguió fielmente, y otro que filmó la celda y el entorno circundante.
Al juntar las dos imágenes, se obtuvo un nivel de detalle sobre el movimiento de partículas de tamaño nanométrico que nunca antes se había logrado. Dijo Yang. Antes de este trabajo, él dijo, la única forma de ver objetos pequeños con una resolución similar era utilizar una técnica llamada microscopía electrónica, que requiere matar la célula.
"Lo que Kevin ha hecho que es realmente diferente es que puede capturar una vista tridimensional de una partícula del tamaño de un virus que ataca a una célula viva, mientras que la microscopía electrónica es bidimensional y en células muertas, ", Dijo Yang." Esto nos da un nivel de comprensión completamente nuevo ".
Además de simplemente ver las payasadas de la partícula, los investigadores pueden utilizar la técnica para mapear los contornos de la superficie celular, que está lleno de proteínas que empujan desde debajo de la superficie. Siguiendo el movimiento de la partícula a lo largo de la superficie de la célula, los investigadores pudieron mapear las protuberancias, al igual que una persona ciega podría usar sus dedos para construir una imagen del rostro de una persona.
"Seguir el movimiento de la partícula nos permitió trazar estructuras muy finas con una precisión de unos 10 nanómetros, que normalmente solo está disponible con un microscopio electrónico, ", Dijo Welsher. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro y aproximadamente 1000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano). Agregó que medir los cambios en la velocidad de la partícula permitió a los investigadores inferir la viscosidad del ambiente extracelular simplemente por encima de la superficie celular.
La tecnología tiene beneficios potenciales tanto para el descubrimiento de fármacos como para el descubrimiento científico básico. Dijo Yang. "Creemos que esto tendrá un impacto en el estudio de cómo las nanopartículas pueden administrar medicamentos a las células, potencialmente conduciendo a algunas nuevas líneas de defensa en terapias antivirales, ", dijo." Para la investigación básica, there are a number of questions that can now be explored, such as how a cell surface receptor interacts with a viral particle or with a drug."
Welsher added that such basic research could lead to new strategies for keeping viruses from entering cells in the first place.
"If we understand what is happening to the virus before it gets to your cells, " said Welsher, "then we can think about ways to prevent infection altogether. It is like deflecting missiles before they get there rather than trying to control the damage once you've been hit."
To create the virus-like particle, the researchers coated a miniscule polystyrene ball with quantum dots, which are semiconductor bits that emit light and allow the camera to find the particle. Próximo, the particle was studded with protein segments known as Tat peptides, derived from the HIV-1 virus, which help the particle find the cell. The width of the final particle was about 100 nanometers.
The researchers then let loose the particles into a dish containing skin cells known as fibroblasts. One camera followed the particle while a second imaging system took pictures of the cell using a technique called laser scanning microscopy, which involves taking multiple images, each in a slightly different focal plane, and combining them to make a three-dimensional picture.
