Para aquellos que no están involucrados en química o biología, imaginar una celda probablemente trae a la mente varios objetos en forma de gota; tal vez el núcleo, mitocondrias, ribosomas y similares.

Hay una parte que a menudo se pasa por alto salvo quizás una línea ondulada que indica el borde de la célula:la membrana. Pero su papel de guardián es fundamental, y una nueva técnica de imágenes desarrollada en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis está proporcionando una manera de ver, en lugar de a través, esta transparente, graso, carcasa protectora.

La nueva técnica, desarrollado en el laboratorio de Matthew Lew, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas Preston M. Green, permite a los investigadores distinguir colecciones de moléculas de lípidos de la misma fase (las colecciones se denominan nanodominios) y determinar la composición química dentro de esos dominios.

Los detalles de esta técnica:microscopía de localización de orientación de una sola molécula, o SMOLM — se publicaron en línea el 21 de agosto en Angewandte Chemie , la revista de la Sociedad Química Alemana.

Los editores de la revista, una de las principales en química general, seleccionaron el artículo de Lew como "Hot Paper" sobre el tema de los artículos a nanoescala. Los Hot Papers se distinguen por su importancia en un campo de gran interés en rápida evolución.

Usando tecnologías de imagen tradicionales, es difícil diferenciar lo que está "adentro" y "afuera" de un blando, objeto transparente como una membrana celular, Lew dijo, particularmente sin destruirlo.

"Queríamos una forma de ver el interior de la membrana sin métodos tradicionales", como insertar un trazador fluorescente y verlo moverse a través de la membrana o usar espectrometría de masas, "que lo destruyera, Lew dijo.

Para sondear la membrana sin destruirla, Jin Lu, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Lew, también empleó una sonda fluorescente. En lugar de tener que trazar un camino a través de la membrana, sin embargo, esta nueva técnica utiliza la luz emitida por una sonda fluorescente para "ver" directamente dónde está la sonda y dónde está "apuntada" en la membrana. La orientación de la sonda revela información sobre la fase de la membrana y su composición química.

"En las membranas celulares, hay muchas moléculas de lípidos diferentes, "Lu dijo." Algunos forman líquido, algunos forman una fase más sólida o de gel ".

Las moléculas en una fase sólida son rígidas y su movimiento restringido. Son, en otras palabras, ordenado. Cuando están en fase líquida, sin embargo, tienen más libertad para rotar; están en una fase desordenada.

Usando una bicapa lipídica modelo para imitar una membrana celular, Lu agregó una solución de sondas fluorescentes, como el rojo del Nilo, y usó un microscopio para observar cómo las sondas se adhieren brevemente a la membrana.

El movimiento de una sonda mientras está adherida a la membrana está determinado por su entorno. Si las moléculas circundantes están en una fase desordenada, la sonda tiene espacio para moverse. Si las moléculas circundantes están en una fase ordenada, la sonda, como las moléculas cercanas, está arreglado.

Cuando se ilumina el sistema, la sonda libera fotones. Un método de imágenes desarrollado previamente en el laboratorio de Lew luego analiza esa luz para determinar la orientación de la molécula y si está fija o rotando.

"Nuestro sistema de imágenes captura la luz emitida por moléculas fluorescentes individuales y dobla la luz para producir patrones especiales en la cámara, "Dijo Lu.

"Según la imagen, conocemos la orientación de la sonda y sabemos si es giratoria o fija, " y por lo tanto, si está incrustado en un nanodominio ordenado o no.

Repetir este proceso cientos de miles de veces proporciona suficiente información para construir un mapa detallado, mostrando los nanodominios ordenados rodeados por el océano de las regiones líquidas desordenadas de la membrana.

La sonda fluorescente que utilizó Lu, Rojo nilo, también es capaz de distinguir entre derivados lipídicos dentro de los mismos nanodominios. En este contexto, su sonda fluorescente elegida puede decir si las moléculas de lípidos se hidrolizan o no cuando está presente una determinada enzima.

"Este lípido, llamado esfingomielina, es uno de los componentes críticos involucrados en la formación de nanodominios en la membrana celular. Una enzima puede convertir una molécula de esfingomielina en ceramida, ", Dijo Lu." Creemos que esta conversión altera la forma en que la molécula sonda rota en la membrana. Nuestro método de imágenes puede discriminar entre los dos, incluso si permanecen en el mismo nanodominio ".

Esta resolución, una sola molécula en la bicapa lipídica modelo, no se puede lograr con técnicas de imagen convencionales.

Esta nueva técnica SMOLM puede resolver interacciones entre varias moléculas de lípidos, enzimas y sondas fluorescentes con un detalle nunca antes logrado. Esto es especialmente importante en el ámbito de la química de la materia blanda.

"A esta escala, donde las moléculas se mueven constantemente, todo es autoorganizado, Lew dijo. No es como la electrónica de estado sólido donde cada componente está conectado de una manera específica e importante estática.

"Cada molécula siente las fuerzas de quienes la rodean; eso es lo que determina cómo una molécula en particular se moverá y realizará sus funciones".

Las moléculas individuales pueden organizarse en estos nanodominios que, colectivamente, puede inhibir o estimular ciertas cosas, como permitir que algo entre en una celda o mantenerlo afuera.

"Estos son procesos que son notoriamente difíciles de observar directamente, Lew dijo. Ahora, todo lo que necesitas es una molécula fluorescente. Porque está incrustado sus propios movimientos nos dicen algo sobre lo que le rodea ".