Tendencias21

Biólogos canadienses alumbran la sismología celular

Biólogos canadienses han usado una técnica sismológica para cartografiar por primera vez la elasticidad del interior de una célula a escala de milisegundos. Esta proeza tecnológica abre nuevas vías a la comprensión del impacto que tienen estas fuerzas mecánicas en las enfermedades y los tratamientos médicos. La sismología celular ha nacido.

Biólogos canadienses alumbran la sismología celular

Investigadores canadienses se han valido de una tecnología usada por los sismólogos para definir las propiedades mecánicas de las células. De la misma forma que los sismólogos utilizan las vibraciones de los movimientos de tierra para determinar la estructura profunda del planeta, los biólogos se han valido de las vibraciones que ocurren en el interior de las células para cartografiar a escala de milisegundos la elasticidad de los componentes que tienen en su interior.

De esta forma, han abierto una nueva perspectiva al estudio de la dinámica de los movimientos que tienen lugar en el interior de las células y a la comprensión del impacto que tienen estas fuerzas mecánicas en las enfermedades y los tratamientos médicos.

La nueva disciplina ideada por estos científicos se llama sismología celular y abre un nuevo campo de investigación dentro de la mecanobiología celular, una ciencia multidisciplinar que se ocupa del comportamiento de las células cuando son sometidas a cargas mecánicas y las diversas respuestas y mecanismos de transducción que llevan a cabo.

La nueva técnica ideada por los investigadores de la Universidad de Montreal se enmarca dentro de la mecanobiología celular. Se llama  “elastografía del temblor celular” y se presenta en un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Usando un microscopio estándar, micropipetas (instrumentos de laboratorio que se usan para succionar y transferir pequeños volúmenes de líquidos) y una cámara fotográfica de alta velocidad, los investigadores han podido observar en directo los movimientos y fuerzas que se desarrollan en el interior de los óvulos de un ratón.

Algoritmos de movimiento

En su estudio, han podido observar vibraciones mecánicas en la célula de menos de una milésima de segundo de duración gracias a una cámara fotográfica  capaz de adquirir 200.000 imágenes por segundo (una película procesa generalmente 25 imágenes por segundo).

Las imágenes así obtenidas han permitido medir estas vibraciones celulares con la ayuda de algoritmos de seguimiento del movimiento. La cartografía de la elasticidad intracelular se consigue mediante una correlación de ruido, una técnica desarrollada por los sismólogos para medir las vibraciones producidas por los movimientos de tierra y determinar así la composición de las rocas subterráneas.

Los investigadores han usado el mismo principio para explorar el interior de la célula desde el punto de vista mecánico. Aplicaron la Elastografía de Ondas de Cizalla (Shear Wave Elastography), que se usa para medir la elasticidad del tejido biológico en un órgano, a escala micrométrica.

En esta investigación enviaron ondas de cizalla hacia las células. Estas ondas viajan despacio y pierden fuerza al entrar en contacto con un tejido. Su velocidad es proporcional a la elasticidad de los componentes que encuentra, como el citoplasma, el núcleo u otros componentes celulares. La elasticidad se mide evaluando la velocidad de las vibraciones en el tiempo y en el espacio, explican los investigadores.

Medidas en tiempo real

Según explica el primer autor de esta investigación, Pol Grasland-Mongrain, en un comunicado, hasta ahora ha resultado muy difícil medir las transformaciones mecánicas que ocurren continuamente en el interior de las células.

Las técnicas actuales, basadas en la deformación celular y en un microscopio de fuerza atómica (capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons), necesitan muchas decenas de minutos para obtener una medida de la elasticidad de una célula.

Ese tiempo representa un problema porque durante la medición ocurren miles de acontecimientos en el interior de una célula que escapan a la observación, por ejemplo transferencia de iones, estimulaciones neuronales o la muerte celular.

La nueva tecnología supera esa dificultad, ya que es capaz de medir en tiempo real las propiedades mecánicas de la célula, sin pérdida de información.

La nueva tecnología abre la vía a numerosas aplicaciones prácticas en biología y medicina, ya sea para investigaciones sobre el cáncer como sobre infecciones par patógenos, cicatrización e ingeniería de tejidos.

Según los investigadores, esta nueva forma de imagen celular permitirá también el estudio de nuevos mecanismos asociados a la división celular en el momento de la formación de los embriones.

Referencia

Ultrafast imaging of cell elasticity with optical microelastography. Pol Grasland-Mongrain, Ali Zorgani, Shoma Nakagawa, Simon Bernard, Lia Gomes Paim, Greg Fitzharris, Stefan Catheline and Guy Cloutier. PNAS 2018; January 16, 2018. https://doi.org/10.1073/pnas.1713395115
 

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • El cerebro puede ver después de un accidente cerebrovascular 12 febrero, 2022
    Los ojos pueden seguir viendo después de un accidente cardiovascular, pero el cerebro dañado no puede interpretar las señales visuales. Una rehabilitación personalizada podría conseguir la recuperación de la visión.
    Redacción T21
  • El núcleo interno de la Tierra presenta un estado entre líquido y sólido 11 febrero, 2022
    Los físicos han sostenido durante mucho tiempo que el núcleo interno de la Tierra es sólido, pero un nuevo estudio sugiere que se encuentra en un punto intermedio entre sólido y líquido, un descubrimiento que podría arrojar luz sobre algunos de los secretos más profundos del planeta.
    Pablo Javier Piacente
  • Algoritmos para calcular la complejidad de un planeta podrían revelar la vida extraterrestre 11 febrero, 2022
    Un procedimiento aritmético aplicado a una serie de algoritmos podría ser la llave para descubrir la vida extraterrestre: al medir la complejidad de un planeta tomando determinados datos e imágenes, identifica a los mejores “candidatos” a albergar vida. 
    Pablo Javier Piacente
  • Puede haber muchos más planetas habitables a 4,22 años luz de la Tierra 11 febrero, 2022
    La confirmación de un tercer planeta orbitando Próxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro Sol, indica que seguramente habrá más mundos en zona de habitabilidad a solo 4,22 años luz de la Tierra.
    Redacción T21
  • Humanos y neandertales vivieron juntos al sur de Francia hace 54.000 años 11 febrero, 2022
    El homo sapiens habitó Europa hace al menos 54.000 años, 10.000 años antes de lo que se había documentado hasta ahora, y compartió con los extintos neandertales una cueva del sur de Francia al menos durante miles de años.
    Redacción T21
  • Una molécula intestinal despierta el hambre de amor 10 febrero, 2022
    Los investigadores encontraron que los alimentos ricos en proteínas desencadenan la liberación de la hormona diurética 31, o "Dh31". Esta molécula de señalización, que se libera del tracto gastrointestinal en las moscas.de la fruta, genera una serie de reacciones que culminan en la transición de la alimentación al apareamiento: después de comer, las moscas quieren […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un láser puede enviar una nave espacial a Marte en 45 días 10 febrero, 2022
    Un láser ubicado en la Tierra podría impulsar a una nave espacial y hacerla llegar a la atmósfera marciana en un mes y medio, gracias al calentamiento de plasma de hidrógeno. Detenida en la atmósfera de Marte, la nave acercaría suministros para los asentamientos humanos en el planeta rojo.
    Pablo Javier Piacente
  • Sergio Miguel Tomé: el universo es un sistema computacional 10 febrero, 2022
    Una nueva teoría afirma que un sistema computacional oculto bajo las leyes naturales rige el funcionamiento del universo. El nuevo paradigma, además de afectar a la física porque modifica el concepto de fenómeno físico, también tiene implicaciones para las matemáticas y las ciencias cognitivas. Para desarrollarlo se necesita una investigación de físicos e informáticos.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Científicos europeos consiguen un nuevo récord mundial de energía 10 febrero, 2022
    Utilizando el combustible de futuras plantas de energía de fusión, los científicos de JET en Oxford han duplicado con creces el récord histórico de 1997: obtuvieron 59 megajulios de energía y una potencia de salida de poco más de 11 megavatios durante cinco segundos.
    IPP/T21
  • Los europeos contemporáneos son genéticamente esteparios 9 febrero, 2022
    La ascendencia de la estepa en composición genética europea contemporánea ha contribuido a una constitución fuerte, con una estatura alta y una mayor circunferencia de la cadera y la cintura, pero también a un mayor nivel de colesterol en la sangre, según un estudio.
    Pablo Javier Piacente