Los científicos de la Universidad de Texas en Austin han demostrado un método para hacer imágenes tridimensionales de estructuras en material biológico en condiciones naturales a una resolución mucho más alta que otros métodos existentes. El método puede ayudar a arrojar luz sobre cómo las células se comunican con unootro y proporcionar información importante para los ingenieros que trabajan para desarrollar órganos artificiales como la piel o el tejido cardíaco.
La investigación se describe hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Los científicos, dirigidos por el físico Ernst-Ludwig Florin, utilizaron su método, llamado imágenes de ruido térmico, para capturar imágenes a escala nanométrica de redes de fibrillas de colágeno, que forman parte del tejido conectivo que se encuentra en la piel de los animales. Un nanómetroes una milmillonésima parte de un metro o aproximadamente cienmilésimas del ancho de un cabello humano. Examinar las fibrillas de colágeno a esta escala permitió a los científicos medir por primera vez las propiedades clave que afectan la elasticidad de la piel, algo que podría conducir a diseños mejoradospara piel o tejidos artificiales.
Tomar imágenes nítidas en 3D de estructuras a nanoescala en muestras biológicas es extremadamente difícil, en parte porque tienden a ser suaves y bañadas en líquido. Esto significa que pequeñas fluctuaciones en el calor hacen que las estructuras se muevan hacia adelante y hacia atrás, un efecto conocido comoMovimiento browniano.
Para superar el desenfoque que esto crea, otras técnicas de imagen de súper resolución a menudo "arreglan" muestras biológicas al agregar químicos que endurecen varias estructuras, en cuyo caso, los materiales pierden sus propiedades mecánicas naturales. Los científicos a veces pueden superar el desenfoque sin fijar las muestrassi, por ejemplo, se enfocan en estructuras rígidas pegadas a una superficie de vidrio, pero eso limita severamente los tipos de estructuras y configuraciones que pueden estudiar.
Florin y su equipo adoptaron un enfoque diferente. Para hacer una imagen, agregan nanoesferas cuentas del tamaño de un nanómetro que reflejan la luz láser a sus muestras biológicas en condiciones naturales, hacen brillar un láser en la muestra y compilan instantáneas súper rápidas delas nanoesferas vistas a través de un microscopio óptico
Los científicos explican que el método, imágenes de ruido térmico, funciona de manera similar a esta analogía: imagina que necesitas tomar una imagen tridimensional de una habitación en la oscuridad total. Si fueras a lanzar una pelota de goma brillante a la habitación y usarlauna cámara para recopilar una serie de imágenes de alta velocidad de la pelota mientras rebota, verías que a medida que la pelota se mueve por la habitación, no puede moverse a través de objetos sólidos como mesas y sillas.imágenes tomadas tan rápido que no se desdibujan, podría crear una imagen de dónde hay objetos donde la pelota no puede ir y dónde no hay objetos dónde podría ir.
En las imágenes de ruido térmico, el equivalente de la pelota de goma es una nanoesfera que se mueve en una muestra por movimiento browniano natural, la misma fuerza rebelde que ha afectado a otros métodos de microscopía.
"Este movimiento caótico es una molestia para la mayoría de las técnicas de microscopía porque hace que todo sea borroso", dice Florin. "Lo hemos aprovechado. No necesitamos construir un mecanismo complicado para mover nuestra sonda.siéntate y deja que la naturaleza lo haga por nosotros "
El concepto original de la técnica de imagen de ruido térmico fue publicado y patentado en 2001, pero los desafíos técnicos impidieron que se convirtiera en un proceso completamente funcional hasta ahora.
La herramienta permitió a los investigadores medir por primera vez las propiedades mecánicas de las fibrillas de colágeno en una red. El colágeno es un biopolímero que forma andamios para las células de la piel y contribuye a la elasticidad de la piel. Los científicos aún no están seguros de cómo un colágenoLa arquitectura de la red da como resultado su elasticidad, una pregunta importante que debe responderse para el diseño racional de la piel artificial.
"Si desea construir piel artificial, debe comprender cómo funcionan los componentes naturales", dice Florin. "Entonces podría diseñar mejor una red de colágeno que actúe como un andamiaje que aliente a las células a crecer de la manera correcta".
El primer autor del artículo es Tobias Bartsch, un ex estudiante de posgrado en UT Austin y actualmente asociado postdoctoral en la Universidad Rockefeller. Otros coautores son Martin Kochanczyk, Emanuel Lissek y Janina Lange.
La financiación de esta investigación fue proporcionada por la National Science Foundation y la Simons Foundation.
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Materiales proporcionados por Universidad de Texas en Austin . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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