Capturando Live Cell Dynamics con resolución 3D a nanoescala. Científicos israelíes han desarrollado un método sin precedentes para obtener imágenes en 3D de procesos nanométricos dentro de las células vivas mientras se mueven.
Los investigadores del Technion han desarrollado un método para obtener imágenes en 3D de procesos nanométricos, como los de las células que fluyen vivas.
El grupo, encabezado por el profesor Yoav Shechtman, rediseñó una máquina de imágenes existente.
El resultado es una máquina que produce imágenes en 3D de 1,000 células por minuto.
La investigación fue dirigida por el investigador postdoctoral Dr. Lucien E. Weiss. Los hallazgos del equipo se publicaron en Nature Nanotechnology.
“Nuestro objetivo es habilitar imágenes en 3D dentro de las células vivas en condiciones que se asemejan a su entorno natural”, Shechtman.
“No menos importante, es hacerlo a altas tasas de rendimiento”.
Esto un gran desafío, ya que la microscopía 3D generalmente requiere mucho tiempo y algún tipo de escaneo. “Aquí se usan imágenes individuales mientras las células fluyen”.
Se llevaron a cabo experimentos con el nuevo sistema en moléculas de ADN de células de levadura vivas y glóbulos blancos con partículas nanométricas diseñadas en colaboración con el laboratorio del profesor Avi Schroeder.
“Este resultado puede tener aplicaciones importantes en la ciencia básica. La comprensión de la estructura 3D del ADN en una célula viva, y también en el campo de la nanomedicina, lo que significa un tratamiento médico basado en partículas nanométricas como las creadas en el laboratorio del profesor Schroeder”, explicó Shechtman.
La nueva tecnología permitirá medir la tasa de absorción de partículas terapéuticas en células vivas. Tambien rastrear su dispersión en la célula y monitorear su efecto en la célula.
Hoy existen técnicas para mapear y medir células , pero las que proporcionan un alto rendimiento solo muestran una imagen parcial y 2D.
“Nuestra tecnología combina las ventajas de las diversas técnicas y proporciona una imagen 3D a gran velocidad”.
Células vivas
Esta máquina combina dos tecnologías diferentes: citometría de flujo y microscopía fluorescente. Esto es lo que permite analizar las células a una velocidad tan rápida.
“La tasa de muestreo y el número de células muestreadas son muy importantes en el contexto biológico, ya que la biología es típicamente ‘ruidosa’ y no precisa. Pero para llegar a una conclusión es necesario tener estadísticas para grandes cantidades”, dijo Shechtman.
En ciertos casos, debido a las bajas tasas de muestreo, es imposible recopilar este tipo de información estadística.
Cuando uno termina de recopilar datos, el fenómeno en cuestión ya ha cambiado. Por lo tanto, es importante utilizar una tecnología que permita altas tasas de muestreo.
ImageStream sirve para muchos propósitos, incluida la definición de los atributos de la población, el diagnóstico de afecciones médicas y la prueba de nuevos medicamentos.
Se trata de una herramienta excelente, pero hasta ahora, solo se ha utilizado para tomar imágenes 2D o proyecciones de objetos. Sin embargo, para muchas aplicaciones, es importante recopilar datos 3D.
Por ejemplo, si solo queremos determinar la distancia entre dos partículas, una medición en 2D no es suficiente, ya que la dimensión de profundidad también contribuye a la distancia.
Este fue el principal desafío tecnológico en esta investigación: transformar ImageStream en un sistema de imágenes en 3D.
“Con ese fin, necesitábamos abrir el capó “y ensamblar nuestro exclusivo sistema óptico en el interior.”
“Hay que tener en cuenta que esta es una máquina que cuesta cientos de miles de dólares, y no podríamos dar por sentado que la Unidad de Imagen del Centro Lokey estaría de acuerdo, pero desde el momento en que abrimos la máquina y miramos adentro, era obvio lo que necesitábamos hacer (sin causar daños)”, dijo Shechtman.
El grupo de investigación instaló la tecnología que ha desarrollado en los últimos años en la tecnología ImageStream para la microscopía de localización basada en el diseño de frente de onda.
Esto es en realidad una distorsión controlada del sistema óptico, por lo que la posición de las partículas en el espacio 3D se puede mapear.
Esta tecnología se basa en imágenes de moléculas coloreadas incrustadas en la muestra que marcan ubicaciones importantes, como los núcleos celulares.
Usando la forma obtenida de la cámara después de haber pasado a través del sistema óptico distorsionado, la máquina analiza la ubicación 3D del objeto que se está examinando.
Hasta la fecha, esta tecnología se ha utilizado para obtener imágenes en 3D de una o unas pocas células a la vez, y al conectarla al instrumento de citometría lo hace capaz de mapear células que fluyen.
Esta conexión, que es en sí misma un enorme desafío tecnológico, explica el muestreo exitoso con un rendimiento extremadamente alto: miles de células por minuto.
Los científicos esperan que este logro tecnológico conduzca a importantes desarrollos y aplicaciones científicas en los campos de la investigación biológica y biotecnológica, el diagnóstico médico y el desarrollo de nuevos tratamientos médicos.