Los científicos del Laboratorio de Física de Attosegundos han desarrollado una tecnología láser única para el análisis de la composición molecular de muestras biológicas. Es capaz de detectar variaciones mínimas en la composición química de los sistemas orgánicos.
A nivel bioquímico, los organismos pueden considerarse como colecciones complejas de diferentes especies de moléculas. En el curso de su metabolismo, las células biológicas sintetizan compuestos químicos y los modifican de varias maneras. Muchos de estos productos se liberan en el intercelularmedio y se acumulan en fluidos corporales como la sangre. Un objetivo principal de la investigación biomédica es comprender lo que estas mezclas de moléculas inmensamente complejas nos pueden decir sobre el estado del organismo en cuestión. Todos los tipos celulares diferenciados contribuyen a esta 'sopa'. Pero precancerosoy las células malignas agregan sus propios marcadores moleculares específicos, y estos proporcionan las primeras indicaciones de la presencia de células tumorales en el cuerpo. Hasta ahora, sin embargo, se han identificado muy pocas de estas moléculas indicadoras, y las que se conocen aparecen en minúsculascantidades en muestras biológicas. Esto los hace extremadamente difíciles de detectar. Se supone que muchas de las firmas moleculares más informativas cAlgunas combinaciones de compuestos que pertenecen a todos los diversos tipos de moléculas que se encuentran en las células: proteínas, azúcares, grasas y sus diversos derivados.Para definirlos, se necesita un único método analítico que sea lo suficientemente versátil y sensible como para detectar y medir los niveles de todos ellos.
Un equipo interdisciplinario dirigido por el Prof. Ferenc Krausz ha construido un nuevo sistema basado en láser que está específicamente diseñado para este propósito. El grupo está basado en el Laboratorio de Física de Attosegundos LAP, que es administrado conjuntamente por Ludwig-Maximilians-Universitaet LMU en Munich y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica MPQ, e incluye físicos, biólogos y científicos de datos. Este sistema permite obtener huellas dactilares químicas en forma de espectros de luz infrarroja, que revelan la molecularcomposiciones de muestras de todo tipo, incluidas muestras de origen biológico. La técnica ofrece una sensibilidad sin precedentes y se puede utilizar para todas las clases conocidas de biomoléculas.
El nuevo espectrómetro láser se basa en tecnologías que se desarrollaron originalmente en el LAP para la producción de pulsos láser ultracortos, que se utilizan para estudiar la dinámica ultrarrápida de los sistemas subatómicos. El instrumento, que fue construido por el físico Ioachim Pupeza y sus colegas,está diseñado para emitir trenes de pulsos de luz láser extremadamente potentes que cubren un amplio segmento del espectro en la longitud de onda infrarroja. Cada uno de estos pulsos dura unos pocos femtosegundos en notación científica 1 fs = 10-15 s, una millonésima parte demil millonésima de segundo. Estos destellos extremadamente breves de luz infrarroja provocan que los enlaces que unen los átomos vibren. El efecto es análogo al de golpear un diapasón. Después del paso del pulso, las moléculas vibratorias emiten luz coherente a alta intensidad.longitudes de onda características o, de manera equivalente, frecuencias de oscilación. La nueva tecnología permite capturar el conjunto completo de longitudes de onda emitidas.libra en la muestra vibra en un conjunto específico de frecuencias, contribuye su propio 'subespectro' bien definido a la emisión.Ninguna especie molecular tiene un lugar para esconderse.
"Con este láser, podemos cubrir una amplia gama de longitudes de onda infrarrojas, de 6 a 12 micrómetros, que estimulan las vibraciones en las moléculas", dice Marinus Huber, primer autor conjunto del estudio y miembro del grupo del biólogo Mihaela Zigman., que también participó en los experimentos realizados en el LAP. "A diferencia de la espectroscopía de masas, este método proporciona acceso a todos los tipos de moléculas que se encuentran en las muestras biológicas", explica.
Cada uno de los pulsos láser ultracortos utilizados para excitar las moléculas consta de solo unas pocas oscilaciones del campo óptico. Además, el brillo espectral del pulso es decir, su densidad de fotones es hasta dos veces mayor que los generados por los sincrotrones convencionales, que hasta ahora han servido como fuentes de radiación para enfoques comparables a la espectroscopía molecular. Además, la radiación infrarroja es coherente tanto espacial como temporalmente. Todos estos parámetros físicos en conjunto explican la extremadamente alta sensibilidad del nuevo sistema láser, lo que permite que las moléculas presentes en muy bajoconcentraciones a detectar y huellas moleculares de alta precisión a producir. No solo eso, las muestras de tejido vivo de hasta 0.1 mm de espesor pueden, por primera vez, iluminarse con luz infrarroja y analizarse con una sensibilidad incomparable. En experimentos iniciales,El equipo del LAP ha aplicado la técnica a las hojas y otras células vivas, así como a las muestras de sangre ".medir las variaciones en la composición molecular de los fluidos corporales abre nuevas posibilidades en biología y medicina, y en el futuro la técnica podría encontrar aplicación en la detección temprana de trastornos ", dice Zigman.
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Materiales proporcionado por Ludwig-Maximilians-Universität München . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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