11.05.2022 - Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Un nuevo método para explorar el nanomundo

Un gran paso adelante en la caracterización de las nanopartículas: Una posible aplicación de esta técnica puede ser la identificación de enfermedades

Científicos del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) y del Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) de Erlangen presentan un gran avance en la caracterización de nanopartículas. Utilizaron un método especial de microscopía basado en la interfereometría para superar los instrumentos existentes. Una posible aplicación de esta técnica puede ser la identificación de enfermedades.

Las nanopartículas están en todas partes. Están en nuestro cuerpo como agregados de proteínas, vesículas de lípidos o virus. Están en el agua que bebemos en forma de impurezas. Están en el aire que respiramos como contaminantes. Al mismo tiempo, muchos medicamentos se basan en el suministro de nanopartículas, incluidas las vacunas que nos han administrado recientemente. Siguiendo con las pandemias, las pruebas rápidas utilizadas para la detección del SARS-Cov-2 se basan también en nanopartículas. La línea roja, que controlamos día a día, contiene miríadas de nanopartículas de oro recubiertas de anticuerpos contra las proteínas que informan de la infección.

Técnicamente, se llama nanopartícula a algo cuyo tamaño (diámetro) es inferior a un micrómetro (una milésima de milímetro). Los objetos del orden de un micrómetro aún pueden medirse en un microscopio normal, pero las partículas mucho más pequeñas, digamos menores de 0,2 micrómetros, se vuelven excesivamente difíciles de medir o caracterizar. Curiosamente, éste es también el rango de tamaño de los virus, que pueden llegar a ser tan pequeños como 0,02 micrómetros.

A lo largo de los años, los científicos e ingenieros han ideado una serie de instrumentos para caracterizar las nanopartículas. Lo ideal es medir su concentración, evaluar su tamaño y su distribución de tamaño y determinar su sustancia. Un ejemplo de gama alta es el microscopio electrónico. Pero esta tecnología tiene muchas deficiencias. Es muy voluminoso y caro, y los estudios tardan demasiado porque las muestras tienen que prepararse cuidadosamente y ponerse al vacío. E incluso así, sigue siendo difícil determinar la sustancia de las partículas que se ven en un microscopio electrónico.

Un dispositivo rápido, fiable, ligero y portátil que pueda utilizarse en la consulta del médico o sobre el terreno tendría un gran impacto. En el mercado hay algunos instrumentos ópticos que ofrecen este tipo de soluciones, pero su resolución y precisión han sido insuficientes para examinar nanopartículas más pequeñas, por ejemplo, mucho más pequeñas que 0,1 micrómetros (o lo que es lo mismo, 100 nm).

Un grupo de investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz y del Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin ha inventado ahora un nuevo dispositivo que ofrece un gran salto en la caracterización de las nanopartículas. El método se llama iNTA, abreviatura de Interferometric Nanoparticle Tracking Analysis. Sus resultados se publican en el número de mayo de la revista internacional Nature Methods.

El método se basa en la detección interferométrica de la luz dispersada por nanopartículas individuales que vagan por un líquido. En ese medio, la energía térmica mueve perpetuamente las partículas en direcciones aleatorias. Resulta que el espacio que explora una partícula en un tiempo determinado se correlaciona con su tamaño. En otras palabras, las partículas pequeñas se mueven "más rápido" y cubren un mayor volumen que las grandes. La ecuación que describe este fenómeno -la relación Stokes-Einstein- se remonta a principios del siglo pasado y desde entonces se ha utilizado en muchas aplicaciones. En pocas palabras, si se pudiera seguir una nanopartícula y recopilar estadísticas sobre su agitada trayectoria, se podría deducir su tamaño. Así que el reto consiste en grabar películas muy rápidas de partículas diminutas que pasan zumbando.

Los científicos del MPL han desarrollado durante las dos últimas décadas un método especial de microscopía, conocido como microscopía de dispersión interferométrica (iSCAT). Esta técnica es extremadamente sensible en la detección de nanopartículas. Al aplicar la iSCAT al problema de las nanopartículas difusas, el grupo MPL se dio cuenta de que puede superar a los instrumentos existentes en el mercado. La nueva tecnología tiene una ventaja especial a la hora de descifrar mezclas de nanopartículas de distintos tamaños y materiales.

Las aplicaciones del nuevo método son múltiples. Una línea de aplicaciones especialmente interesante es la de los vehículos de tamaño nanométrico que segregan las células, las llamadas vesículas extracelulares. Éstas están formadas por una cubierta de lípidos, muy parecida a una nanoburbuja de jabón. Pero la cubierta y el líquido interior también contienen proteínas, que nos indican el origen de las vesículas, es decir, de qué órgano o proceso celular. Cuando la cantidad de proteínas y/o el tamaño de las vesículas se desvían del rango normal, puede ser que la persona esté enferma. Por ello, es muy importante encontrar formas de caracterizar las vesículas extracelulares.

Los investigadores del MPL y del MPZPM trabajan ahora en el desarrollo de un sistema de mesa que permita a los científicos de todo el mundo beneficiarse de las ventajas de la iNTA.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

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