Presentan técnica de ultrasonido a nanoescala para visualizar células vivas

Investigadores de la Universidad de Nottingham desarrollaron una novedosa técnica imagenológica de ruptura, que utiliza el sonido en lugar de la luz para ver dentro de las células vivas. Los hallazgos fueron publicados recientemente en Journal, Scientific Reports (1). El impacto de este novedoso desarrollo tendrí­a aplicación en trasplantes de células madre y el diagnóstico oncológico.

Se trata de una nueva técnica de ultrasonido a nanoescala, la cual utiliza longitudes de onda más cortas que las longitudes ópticas del sonido e incluso podrí­a competir con las técnicas ópticas de súper resolución que obtuvieron el Nobel de Quí­mica en el 2014. Este nuevo tipo de imágenes con fonón (sonido) de longitud de onda subópticos proporciona información invaluable sobre la estructura, las propiedades mecánicas y el comportamiento de las células vivas individuales a una escala no alcanzada antes.

En la actualidad, la microscopia óptica es posiblemente, la técnica más poderosa, sin embargo, esta podrí­a complementarse con imágenes que empleen fonón subóptico, de esta forma se llegarí­a a estudiar estructura, función y comportamiento dinámico celular en vivo.

La ventaja de usar el sonido en vez de la luz radica en que, para los especí­menes biológicos, la longitud de onda no puede ir más pequeña que la de la luz debido a que la energí­a transportada en los fotones de luz, más precisamente en el espectro ultravioleta, es tan alta que puede destruir los enlaces que mantienen la indemnidad en las moléculas biológicas de las células.

La imagen mecánica se realiza actualmente utilizando técnicas como microscopí­a acústica de barrido (SAM, por su sigla en inglés), microscopí­a de fuerza atómica (AFM, por su sigla en inglés), microscopí­a fotoacústica (PAM, por su sigla en inglés) y microscopí­a de Brillouin.

Las técnicas SAM se basan generalmente en transductores piezoeléctricos en los que la atenuación del sonido en el medio celular limita la distancia de propagación y por lo tanto la resolución por debajo de la de un microscopio óptico (2).
La AFM puede resolver las caracterí­sticas sub-ópticas usando un nano-test para probar la altura y la rigidez de una superficie. Aunque es un método potente y diversamente aplicado en otros campos, el AFM es difí­cil de llevar a cabo en las células vivas y es intrí­nsecamente sensible sólo cerca de la superficie celular (3).
 
Finalmente la PAM se basa en la absorción de la muestra para producir una onda acústica para la obtención de imágenes. En este sentido, el mecanismo de contraste es principalmente la absorción óptica y la resolución permanece óptica. Para una imagen definición de células individuales, de esta forma la absorción óptica no es uniforme (4).

Como se mencionó, las imágenes de células individuales, usando contraste mecánico, como es el caso de la imagen por medio de fonón subóptico, puede ser un gran complemento de la microscopia óptica. Los métodos actuales con resolución óptica o superior nos son compatibles con muestras biológicas, especialmente con células vivas.

Referencias:

1. Pérez-cota F, Smith RJ, Moradi E, Marques L, Webb KF. High resolution 3D imaging of living cells with sub-optical wavelength phonons. Nat Publ Gr [Internet]. 2016;(July):1–11. Available from: http://dx.doi.org/10.1038/srep39326

2. Weiss, E., Anastasiadis, P., Pilarczyk, G., Lemor, R. & Zinin, P. Mechanical Properties of Single Cells by High-Frequency Time- Resolved Acoustic Microscopy. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control 54, 2257–2271 (2007).

3. You, H. X., Lau, J. M., Zhang, S. & Yu, L. Atomic force microscopy imaging of living cells: a preliminary study of the disruptive effect of the cantilever tip on cell morphology. Ultramicroscopy 82, 297–305 (2000).

4. Strohm, E. M., Moore, M. J. & Kolios, M. C. Single Cell Photoacoustic Microscopy: A Review. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 22, 137–151 (2016).