Investigadores de la Universidad de Tokio han desarrollado un nuevo microscopio capaz de obtener imágenes simultáneas de estructuras en un rango de intensidad 14 veces más amplio que los microscopios convencionales. Fundamentalmente, esto se logra sin el uso de tintes fluorescentes u otros agentes de etiquetado, lo que lo hace excepcionalmente suave con las células vivas e ideal para la observación a largo plazo. El avance, publicado en Nature Communications, aborda una limitación fundamental de la microscopía moderna: el equilibrio entre resolver características celulares a gran escala y rastrear partículas individuales a nanoescala.
El dilema de la microscopía
Durante siglos, la microscopía ha impulsado el progreso científico. Sin embargo, las técnicas avanzadas históricamente han requerido especialización. La microscopía de fase cuantitativa (QPM) sobresale en la obtención de imágenes de estructuras de más de 100 nanómetros, proporcionando una visión amplia de las células pero careciendo de la sensibilidad para detectar detalles más pequeños. La microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT), por el contrario, puede rastrear proteínas individuales y partículas a nanoescala, pero tiene dificultades para capturar el contexto celular completo visible con QPM.
Esta división obliga a los investigadores a elegir entre instantáneas holísticas y seguimiento dinámico, hasta ahora.
Cerrando la brecha: medición de luz simultánea
El equipo de investigación, dirigido por Kohki Horie, Keiichiro Toda, Takuma Nakamura y Takuro Ideguchi, planteó la hipótesis de que medir simultáneamente la luz dispersada hacia adelante y hacia atrás podría superar esta limitación. Al analizar cómo interactúa la luz con una muestra desde ambas direcciones, su objetivo era revelar una amplia gama de tamaños y movimientos dentro de una sola imagen.
“Me gustaría comprender los procesos dinámicos dentro de las células vivas utilizando métodos no invasivos”, explica Horie, destacando la motivación detrás del trabajo.
Validando el microscopio: observando la muerte celular
Para probar su nuevo microscopio, el equipo se centró en un proceso dinámico: la muerte celular. Al grabar una única imagen que codifica información de la luz que viaja hacia adelante y hacia atrás, demostraron la capacidad de cuantificar tanto el movimiento de estructuras celulares más grandes como los movimientos de partículas diminutas dentro de la célula.
“Nuestro mayor desafío”, explica Toda, “fue separar claramente dos tipos de señales de una sola imagen manteniendo el ruido bajo y evitando la mezcla entre ellas”.
Cuantificación del tamaño y el movimiento
El microscopio resultante no sólo captura el movimiento de las estructuras en múltiples escalas, sino que también estima el tamaño y el índice de refracción de cada partícula. El índice de refracción, una medida de cómo se desvía la luz al atravesar una sustancia, proporciona información adicional sobre la composición y las propiedades de las partículas observadas.
Esta capacidad combinada permite a los investigadores rastrear cambios dinámicos dentro de las células vivas sin los artefactos introducidos por el etiquetado fluorescente. El enfoque unificado promete acelerar la investigación en productos farmacéuticos, biotecnología y otros campos que requieren observación celular de alta resolución y a largo plazo.
Este desarrollo representa un paso significativo hacia una plataforma de microscopía verdaderamente versátil capaz de cerrar la brecha entre las imágenes a micro y nanoescala.
