La investigación científica en el campo de la biología celular ha dado un paso significativo con el desarrollo de una nueva técnica de biosensado por parte de un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Esta innovación permite la monitorización de señales eléctricas en sistemas biológicos sin la necesidad de utilizar cables, lo que podría transformar nuestra comprensión de la comunicación celular y abrir nuevas vías para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como la arritmia y el Alzheimer.
Tradicionalmente, los dispositivos que registran señales eléctricas en cultivos celulares y otros entornos líquidos dependen de conexiones por cable entre los electrodos y los amplificadores. Esta limitación en el número de conexiones restringe la cantidad de puntos de registro disponibles, afectando la cantidad de información que se puede recopilar. Los investigadores del MIT han abordado este desafío desarrollando antenas inalámbricas que utilizan luz para detectar señales eléctricas mínimas, lo que representa un avance notable en la biosensórica.
Biosensado sin cables
Las nuevas antenas, denominadas antenas de electrodispersión orgánica (OCEAN), son extremadamente pequeñas, con un tamaño equivalente a una centésima parte del ancho de un cabello humano. Estas antenas son capaces de medir señales eléctricas intercambiadas entre células con una resolución espacial excepcional. La tecnología permite registrar señales eléctricas de manera continua durante más de diez horas, facilitando a los biólogos el estudio de cómo las células responden a cambios en su entorno.
El equipo, liderado por Benoît Desbiolles, ha diseñado un dispositivo que convierte señales eléctricas en luz, utilizando un microscopio óptico, una herramienta común en los laboratorios de biología. Inicialmente, se utilizaron nanopartículas de oro para dispersar la luz, pero los investigadores descubrieron que el polímero utilizado, conocido como PEDOT:PSS, era el que realmente estaba generando las señales ópticas. Este hallazgo llevó al desarrollo de las antenas OCEAN, que responden a la actividad eléctrica modificando su estructura química y óptica, lo que a su vez altera la forma en que dispersan la luz.
La capacidad de estas antenas para registrar señales eléctricas con una resolución de micrómetros y su funcionamiento inalámbrico ofrecen oportunidades sin precedentes para profundizar en la biología celular y entender mejor los estados de enfermedad, así como para evaluar nuevos tratamientos terapéuticos.
El proceso de fabricación de estas antenas se lleva a cabo en las instalaciones de MIT.nano, donde se utilizan técnicas avanzadas de nanofabricación para crear arreglos de antenas con alta precisión. Los investigadores han logrado optimizar las dimensiones de las antenas para detectar señales de voltajes tan bajos como 2,5 milivoltios, en un contexto donde las señales neuronales típicamente oscilan alrededor de los 100 milivoltios. Este avance no solo mejora la sensibilidad en la detección de señales, sino que también permite una respuesta rápida a las variaciones en la actividad eléctrica.
A medida que los investigadores continúan sus experimentos, su objetivo es probar las antenas en cultivos celulares reales y explorar su integración en dispositivos nanofotónicos, que podrían revolucionar la forma en que se desarrollan los sensores y dispositivos ópticos del futuro.
