En una hazaña de ingenio espectacular, los científicos lograron por primera vez capturar en una película una onda de choque microscópica que viaja a través de una sola célula humana.
Utilizando un sistema llamado circuito de espectro, un equipo dirigido por el ingeniero Takao Saiki de la Universidad de Tokio ha logrado tanto la resolución a nanoescala como la velocidad necesarias para capturar, cuadro por cuadro, el movimiento de un choque acústico submarino a su paso a través de un cultivo. célula helade principio a fin.
Las imágenes resultantes revelan nueva información sobre cómo las descargas interactúan con las células biológicas, y el avance también ofrece una vía para comprender la terapia con ondas de choque y caracterizar las células en función de sus propiedades acústicas.
“Por primera vez en la historia, hasta donde sabemos, hemos observado directamente la interacción entre una célula biológica y una onda de choque, y hemos demostrado experimentalmente que la velocidad de la onda de choque que se propaga dentro de la célula es más rápida que la del exterior de la célula. celúla,” Saiti explica.
“Además, nuestro enfoque nos ha permitido demostrar la fotografía de alta velocidad en un amplio rango de tiempo, que incluye picosegundos (una billonésima de segundo), nanosegundos (una milmillonésima de segundo) y milisegundos (una milésima de segundo). ) escalas de tiempo.”
Tomar imágenes de células individuales es difícil. Para empezar, son muy frágiles y se dañan fácilmente. Y además son pequeños y requieren capacidades de resolución extremadamente alta. Debido a que son tan pequeños, algo no tarda mucho en moverse de un lado de la celda al otro. Si parpadeas, realmente te lo perderás.
Por lo tanto, cualquier sistema diseñado para obtener imágenes de la propagación de ondas de choque a través de una célula debe marcar varias casillas. Debe funcionar en escalas increíblemente pequeñas, tanto espacial como temporalmente. Y debe poder hacerlo sin dañar la célula.
El circuito del espectro es un circuito óptico que funciona con luz, en lugar de electricidad. El equipo usa esto para generar pulsos láser que no dañarán la célula, enviándolos a una célula que se encuentra en un plato con agua a diferentes intervalos de nanosegundos.
Luego, utilizaron una técnica de imágenes llamada fotografía cartográfica totalmente óptica cronometrada secuencialmente, o ESTAMPILLAque utiliza fotografía en ráfaga para generar una serie de imágenes secuenciales en escalas de tiempo cortas.
Esta cámara se utilizó para fotografiar la onda mientras viajaba a través de la célula, capturando fotogramas a intervalos de 1,5 nanosegundos y un tiempo de exposición para cada fotograma de 44 picosegundos. Los resultados muestran claramente el frente de onda a medida que se mueve de un lado de la celda al otro.
La tecnología no sólo tiene aplicaciones en imágenes biológicas. Los investigadores también lo utilizaron para visualizar los efectos de la ablación con láser sobre el vidrio.
Dispararon pulsos de láser de femtosegundo (una billonésima de segundo) a una lámina de vidrio y pudieron observar en detalle el proceso del láser que golpea el vidrio, la onda de choque y la ablación, en diferentes escalas de tiempo.
La tecnología, dice el equipo, brinda a los científicos una nueva herramienta para comprender las interacciones microscópicas y rápidas, descomponiéndolas en una serie de procesos que pueden ayudar a desarrollar mejores herramientas para controlarlas. Esto tiene implicaciones de amplio alcance.
“Nuestra tecnología brinda oportunidades para revelar fenómenos de alta velocidad útiles pero desconocidos al permitirnos observar y analizar procesos tan ultrarrápidos”. dice el ingeniero Keiichi Nakagawa de la Universidad de Tokio.
“A continuación, planeamos utilizar nuestra técnica de imágenes para visualizar cómo las células interactúan con ondas acústicas, como las que se usan en ultrasonido y terapia de ondas de choque. Al hacer esto, pretendemos comprender los procesos físicos primarios que activan efectos terapéuticos posteriores en el ser humano. cuerpo.”
La investigación ha sido publicada en Avances científicos.