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Biólogos canadienses alumbran la sismología celular

Han usado técnicas sismológicas para cartografiar el dinamismo interno de una célula


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.




Dinamismo celular en directo. Fuente: CRCHUM
Dinamismo celular en directo. Fuente: CRCHUM
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
 

Martes, 6 de Febrero 2018
Redacción T21
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