Investigadores de la Universidad de St Andrews en Reino Unido han rastreado un día en la vida de cierto número de glóbulos blancos de la sangre aplicándoles micro- láser , según un informe de investigación publicado en Nano Letters. Se espera que la técnica considerada como un gran avance en biomedicina permita adquirir nuevos conocimientos sobre cómo los cánceres se extienden por el cuerpo.

Foto de portada: Células se convierten en  pequeños láseres -Crédito: Universidad de St Andrews

El grupo de fotónica de la materia blanda, dentro del departamento de manipulación óptica dirigido por el profesor Malte Gather de la Escuela de Física y Astronomía de la Universidad St. Andrews en colaboración con los inmunólogos de la Facultad de Medicina de la Universidad, encontró que ‘tragándose’ un micro-resonador óptico ( cámara de resonancia que funciona emitiendo luz) , las células adquieren la capacidad de producir luz láser verde.

Rastrear células durante días

Esta tecnología en miniatura podría convertirse muy pronto en una herramienta útil en la óptica biomédica al permitir rastrear una célula durante días: la composición espectral de la luz láser generada por cada célula es diferente y se puede utilizar para distinguir y rastrear grandes números de células durante períodos prolongados de tiempo. En su estudio inicial, los investigadores demuestran como etiquetan unas docenas de glóbulos blancos de la sangre humana y realizan un seguimiento de las células durante un día. En principio, el enfoque permite asignarles códigos de barras y distinguir de forma fiable hasta varios cientos de miles de células simultáneamente.

Varios grupos de investigación de todo el mundo han trabajado en los láseres basándose ​​en células individuales desde hace varios años. Sin embargo, todos los láseres de células de los que se ha informado anteriormente requerían resonadores ópticos que eran mucho más grandes que la propia célula, lo que implicaba que la célula tenía que ser insertada en estos resonadores. Al reducir drásticamente el tamaño del resonador y aprovechando la capacidad de las células de aceptar espontáneamente objetos extraños (endocitosis , absorción e integración de otras partículas y moléculas grandes) , este último trabajo ahora permite la generación de luz láser dentro de una sola célula viva.

Conocer cómo funcionan las células tumorales

Según explica el Dr Gather: «Esta miniaturización allana el camino para la aplicación de los láseres de células como una nueva herramienta en biofotónica. En el futuro, estos nuevos láseres pueden ayudarnos a entender los procesos importantes en biomedicina. Por ejemplo, podemos ser capaces de rastrear una por una, un gran número de células cancerosas, a medida que invaden el tejido o seguir cada célula inmune migrando hacia un punto de la inflamación». Y además añade, «La capacidad de seguir el movimiento de gran número de células ampliará nuestra comprensión de una serie de procesos importantes en la biología. Por ejemplo ser capaz de ver dónde y «cuando las células tumorales circulantes invaden el tejido sano puede dar una idea de cómo el cáncer se va expandiendo en el cuerpo lo que permitiría a los científicos a desarrollar tratamientos más específicos en el futuro”. Esto podría incluso ayudar a predecir el movimiento de estas células malignas.

Funcionamiento de los micro-resonadores ópticos

Para funcionar un láser necesita por un lado un material cuya estimulación produzca luz, y por otra parte una “cámara” que sea capaz de resonar con longitudes de ondas específicas. De este modo la luz que resuena dentro de la cámara estimula el material para producir más luz, creando así un ciclo de amplificación que produce un láser. La longitud de onda del láser resultante depende del diámetro de la cavidad de resonancia.

Los investigadores ponen diferentes tipos de células en una especie de “régimen de micro-resonadores ópticos”. Algunos tipos de células fueron particularmente rápidas en ‘tragarse’ los resonadores; los macrófagos, células inmunes responsables entre otras cosas de la “recolección de basura «en nuestro cuerpo interiorizaron los resonadores en menos de cinco minutos. Sin embargo, incluso las células sin una capacidad particularmente pronunciada para la endocitosis internalizan fácilmente los micro-resonadores, demostrando que los códigos de barras láser son aplicables a muchos tipos de células diferentes.

Los micro-resonadores utilizados en este estudio son los denominados “whispering gallery resonators” y se trata de diminutas cuentas de plástico que atrapan la luz dentro de un pequeño volumen forzándola en una trayectoria circular a lo largo de la circunferencia de la perla. En presencia de un material de amplificación, los resonadores emiten luz láser, incluso bajo condiciones de bombeo óptico relativamente débiles. Esto hace que sean ideales para la integración en las células vivas, ya que evita el daño inducido por la luz de las células que los contienen. De hecho, en el presente estudio, las células que participan en el proceso láser no mostraron pérdida de viabilidad.

La composición espectral de la luz láser emitida por este tipo de resonadores ópticos depende fundamentalmente del tamaño y el índice de refracción de las cuentas de plástico que forman el resonador. Debido a la poli-dispersidad inherente (variación de tamaño) dentro de un lote de este tipo de resonadores, se obtiene un gran número de espectros láser único.

Video Profesor Malte Gather “Proteínas fluorescentes y crecaion de un láser vivo”:

Publicación original : Lasing within Live Cells Containing Intracellular Optical Microresonators for Barcode-Type Cell Tagging and Tracking

(Láser dentro de células vivas que contienen micro-resonadores ópticos intracelulares para etiquetado y seguimiento de células de tipo código de barra)

Fuente:  Universidad de St Andrews y Nano Letters