El laboratorio de Lew arroja nueva luz sobre las membranas celulares
Los investigadores ya pueden obtener imágenes de las células y del movimiento de las moléculas en 6D
Una investigación del laboratorio de Matthew Lew, de la Universidad de Washington, en San Luis, ofrece formas totalmente nuevas de ver lo más pequeño.
La luz polarizada, junto con los microscopios programables, permite a los investigadores del Laboratorio Lew, en la Escuela de Ingeniería McKelvey, ver al mismo tiempo cómo se traducen las moléculas y cómo giran.
Oument Zhang/WashU
La investigación -dos trabajos de estudiantes de doctorado de la Facultad de Ingeniería McKelvey- se ha publicado en las revistas Optica y Nano Letters.
Han desarrollado un hardware y unos algoritmos novedosos que permiten visualizar los componentes del mundo biológico más allá de las tres dimensiones de una forma que, hasta ahora, no era posible. Al fin y al cabo, las células son objetos tridimensionales y están llenas de "cosas" -moléculas- que se mueven, giran, dan vueltas y dan vueltas para impulsar la vida misma.
Al igual que los microscopios tradicionales, el trabajo de dos estudiantes de doctorado del laboratorio de Lew, Tingting Wu y Oumeng Zhang, utiliza la luz para asomarse al mundo microscópico, pero sus innovaciones son todo menos tradicionales. En la actualidad, cuando la gente utiliza la luz para obtener imágenes, lo más probable es que se interese por el brillo de la luz o por su color. Pero la luz tiene otras propiedades, como la polarización.
"El trabajo de Oumeng retuerce la polarización de la luz", explica Lew, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas Preston M. Green. "De este modo, se puede ver tanto cómo se traducen las cosas (se mueven en línea recta) como cómo giran al mismo tiempo", algo que no hacen las imágenes tradicionales.
"El desarrollo de una nueva tecnología y la capacidad de ver cosas que antes no podíamos ver es apasionante", afirma Zhang. Esta capacidad única de rastrear la rotación y la posición al mismo tiempo le proporciona una visión única de cómo interactúan los materiales biológicos, por ejemplo, las células humanas y los patógenos.
La investigación de Wu también proporciona una nueva forma de obtener imágenes de las membranas celulares y, en cierto modo, de ver su interior. Utilizando moléculas trazadoras fluorescentes, traza un mapa de cómo los trazadores interactúan con las moléculas de grasa y colesterol de la membrana, determinando cómo están dispuestos y organizados los lípidos.
"Cualquier membrana celular, cualquier núcleo, cualquier cosa en la célula es una estructura 3D", dijo. "Esto nos ayuda a sondear la imagen completa de un sistema biológico. Esto nos permite, para cualquier muestra biológica, ver más allá de las tres dimensiones: vemos la estructura 3D más tres dimensiones de orientación molecular, lo que nos da imágenes 6D".
Los investigadores desarrollaron una tecnología de imagen computacional, que sinergiza el software y el hardware, para ver con éxito lo que antes no se podía ver.
"Eso es parte de la innovación", dijo Lew. "Tradicionalmente, los laboratorios de imágenes biológicas han estado atados a lo que hacen los fabricantes comerciales. Pero si diseñamos las cosas de forma diferente, podemos hacer mucho más".
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Publicación original
Tingting Wu, Jin Lu, and Matthew D. Lew ; Dipole-spread-function engineering for simultaneously measuring the 3D orientations and 3D positions of fluorescent molecules; Optica; Vol. 9, Issue 5, pp. 505-511 (2022).
Oumeng Zhang, Weiyan Zhou, Jin Lu, Tingting Wu, and Matthew D. Lew; Resolving the Three-Dimensional Rotational and Translational Dynamics of Single Molecules Using Radially and Azimuthally Polarized Fluorescence; Nano Lett. 2022.
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