Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han inventado un novedoso método de imágenes de células vivas que algún día podría ayudar a los biólogos a comprender mejor cómo las células madre se transforman en células especializadas y cómo se propagan enfermedades como el cáncer. El microscopio de cristal fotónico mejorado PCEMes capaz de monitorear y medir cuantitativamente la adhesión celular, un proceso crítico que involucra la migración celular, la diferenciación celular, la división celular y la muerte celular.
"Nuestro enfoque es importante porque actualmente no existen herramientas de imagen de alta resolución y libres de etiquetas que permitan cuantificar e imaginar dinámicamente las interacciones de la superficie celular, aunque estos procesos son fundamentales para cosas como la curación de heridas, el desarrollo de tejidos, la invasión tumoraly metástasis de cáncer ", dijo Brian Cunningham, profesor de ingeniería eléctrica e informática y de bioingeniería en Illinois.
La mayoría de los métodos de imagen convencionales se basan en tintes fluorescentes, que se adhieren e iluminan los componentes celulares para que sean visibles bajo un microscopio. Sin embargo, el marcado fluorescente tiene sus limitaciones, es decir, que es invasivo, difícil de medir cuantitativamente y solo proporcionaun período de tiempo a corto plazo para el examen y la medición de células debido al blanqueamiento fotográfico.
Al usar el PCEM, los investigadores han medido con éxito la densidad de masa efectiva de las membranas celulares durante la diferenciación de células madre y la respuesta de las células cancerosas a los medicamentos en un período prolongado. Sus resultados, "Imágenes cuantitativas de la densidad de masa efectiva asociada a la membrana celular usandoMicroscopía mejorada de cristal fotónico ", se informó en la revista Progreso en electrónica cuántica , noviembre de 2016, Volumen 50.
Según el investigador principal de PCEM, Yue Zhuo, becario postdoctoral del Beckman Institute, el marcado fluorescente no permite a los científicos ver cómo una proteína o célula cambia con el tiempo.
"Puede ver la célula durante unas pocas horas como máximo antes de que la luz fluorescente se extinga, pero lleva varios días realizar un experimento con células madre", dijo Zhuo. "Los científicos suelen utilizar el etiquetado fluorescente porque no hay una mejor manera de monitorearcélulas vivas debido a su bajo contraste de imagen entre los orgánulos celulares. Eso nos insta a desarrollar un método de imagen sin etiqueta y de alta resolución para el estudio de células vivas ".
El microscopio del equipo de Illinois funciona con una fuente de luz LED y un biosensor de cristal fotónico hecho de materiales económicos como el dióxido de titanio y el plástico utilizando un método de fabricación como el moldeo por nanoreplicación.
"Nuestro sensor se puede fabricar de forma masiva fácilmente, y nuestro costo para fabricar el sensor es inferior a $ 1 cada uno", señaló Zhuo.
En el aparato de Zhuo, el biosensor de cristal fotónico es un sensor óptico que puede aplicarse a cualquier célula conectable. La superficie del sensor está recubierta con materiales de matriz extracelular para facilitar las interacciones celulares, que luego se ven a través de una lente objetivo normal y se registran con un CCDcámara.
"La ventaja de nuestro sistema PCEM es que puede ver que la célula [en vivo] está comenzando a unirse a nuestro sensor, y podemos medir cuantitativa y dinámicamente lo que sucedió en ese momento", dijo Zhuo. "Podemosen realidad mide una capa muy delgada en la parte inferior de la celda que tiene aproximadamente 100 nanómetros, que está más allá del límite de difracción para la luz visible ".
En el futuro, Zhuo planea equipar el microscopio con una resolución de imagen más alta y algún día espera poder construir una biblioteca de datos de adhesión celular para los científicos.
"Diferentes tipos de células tendrán diferentes perfiles de fijación dinámica", explicó. "Podemos usar esta biblioteca para examinar diferentes tipos de células para la regeneración de tejidos, el diagnóstico de enfermedades o el tratamiento farmacológico, por ejemplo, ver cómo se propagan las células enfermas,o vea cómo las células cancerosas responden a diferentes tratamientos farmacológicos "
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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