Las fuerzas que ejercen una célula viva o un microorganismo son pequeñas y, a menudo, no más grandes que unas pocas nanonewtons. En comparación, una nanonewton es el peso de una parte en mil millones de una barra de chocolate típica. Sin embargo, para las células biológicas ymicrobios, estas fuerzas son suficientes para permitir que las células se adhieran a una superficie o microbios para impulsarse hacia los nutrientes. Los científicos de Finlandia y Alemania ahora presentan una técnica altamente adaptable, llamada "sensores de fuerza de micropipetas", para medir con precisión las fuerzas ejercidas por un ampliogama de organismos del tamaño de micras. Este novedoso método ha sido publicado en la revista internacional de alto rango Protocolos de la naturaleza .
Para mantenerse viva y proliferar, una célula biológica necesita poder adaptarse con éxito a sus condiciones ambientales. La capacidad de hacerlo implica principios físicos y fuerzas mecánicas: las células pueden adherirse a las superficies y otras células para formar una biopelícula,Una estructura que protege a la comunidad de células del ataque externo. Muchos microorganismos pueden moverse activamente, arrastrándose sobre una superficie o nadando en líquido, por ejemplo, hacia una fuente de nutrientes. Para avanzar en nuestra comprensión fundamental de cómo pueden moverse los microbiosellos mismos, es importante para nosotros poder medir las fuerzas mecánicas asociadas con su movimiento.
El desarrollo de sensores de fuerza de micropipetas para medir fuerzas de células vivas y microorganismos se describe en un trabajo conjunto del Dr. Matilda Backholm y el Dr. Oliver Bäumchen. "El principio de funcionamiento de la técnica del sensor de fuerza de micropipetas es maravillosamente simple: al observar ópticamentela desviación de una micropipeta calibrada, las fuerzas que actúan sobre la pipeta se pueden medir directamente ", dice Matilda Backholm, investigadora del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Aalto en Finlandia.
Una micropipeta es una aguja de vidrio hueca con un grosor de aproximadamente el diámetro de un cabello humano o incluso más pequeña. Una de las ventajas más notables de esta técnica es el hecho de que se puede aplicar a una gran variedad de sistemas biológicos, que vande una sola célula a un microorganismo de tamaño milimétrico. "Ejemplificamos la versatilidad de nuestro método usando dos sistemas modelo de microbiología, pero ciertamente la técnica puede y será aplicada a otros sistemas biológicos en el futuro", dice Oliver Bäumchen, grupo de investigaciónlíder en el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización en Gotinga, Alemania.
"La idea detrás de la técnica es combinar las ventajas de varias técnicas biofísicas establecidas: utilizamos una micropipeta para agarrar una célula viva, de la misma manera que se hace en la fertilización in vitro, y estudiar las fuerzas mecánicas mediantemedir la desviación de la pipeta utilizando los principios de medición subyacentes a la microscopía de fuerza atómica: una técnica de medición estándar en física ", dice Bäumchen. El Dr. Backholm señala otra ventaja importante:" En contraste con otros métodos de medición de fuerza, detectamos la desviación de nuestromicropipeta altamente sensible simplemente observándola con un microscopio de última generación. Esto nos permite inspeccionar la forma y el movimiento del microorganismo con alta resolución óptica, mientras medimos las fuerzas simultáneamente ". Durante todo esto, ella célula o el microorganismo está completamente intacto y vivo, lo que permite probar su reacción a las drogas, así como a los nutrientes, la temperatura y otros factores ambientales ". La resolución de la fuerza esrealmente notableCon nuestros recientes avances tecnológicos, logramos detectar con éxito fuerzas de hasta diez piconewtons, que es casi tan bueno como un microscopio de fuerza atómica ", agrega el Dr. Bäumchen.
Los investigadores esperan que su método se aplique en otros laboratorios de investigación en el futuro para abordar una gran cantidad de preguntas biofísicas importantes, con el objetivo de comprender mejor las funciones biológicas de las células y los microorganismos, así como sus principios físicos subyacentes. El Dr. Backholm señaladescubrimos que estas vías de investigación pueden avanzar en aplicaciones biomédicas y biotecnológicas: "La técnica del sensor de fuerza de micropipetas podría ayudar a identificar medicamentos para combatir enfermedades infecciosas e inhibir la formación de biopelículas en implantes médicos, solo por nombrar algunos ejemplos donde este enfoque novedoso podría hacerun impacto significativo "
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Materiales proporcionados por Universidad de Aalto . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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