Propietats electromagnètiques de cèl·lules bacterianes individuals a freqüències de microones mesurades per primera vegada

acsgomilaInvestigadors de l’IBEC i els seus col·laboradors de la Johannes Kepler University de Linz, la Universitat de Manchester i la companyia Keysight Technologies han aconseguit un objectiu difícil d’assolir: mesurar les propietats electromagnètiques de materials biològics al nivell de cèl·lules bacterianes individuals a freqüències molt altes (gigahertzs).

Read more…

Imatge: Com la microscopia d’escombrat de microones mesura la permitivitat elèctrica d’un objecte biològic a escala nanomètrica.

Havent mesurat la polaritzabilitat elèctrica de l’ADN i de cèl·lules bacterianes individuals a baixes freqüències (kHz) el 2014 i la dels principals components de la membrana cel·lular aquest any, el grup de Caracterització Bioelèctrica a la Nanoescala ha aconseguit aquest nou avanç mitjançant l’ús d’una tècnica coneguda com a microscòpia d’escombrat de microones. Amb aquesta tècnica es poden realitzar imatges d’una única cèl·lula o microorganisme, en aquest cas una cèl·lula bacteriana, utilitzant microones, similars a les que es fan servir en la telefonia mòbil per a comunicar-nos o en els microones, i així quantificar a la nanoescala les propietats electromagnètiques amb gran precisió i reproductibilitat.

“Nous avenços en tècniques d’imatge mèdica no-invasives per al diagnòstic de càncer, tècniques d’ablació terapèutiques per al tractament del càncer i noves tècniques d’electrocirurgia estan en procés de ser desenvolupades basant-se en l’ús de les microones i en el coneixement de les propietats electromagnètiques d’alta freqüència – la permitivitat complexa – dels teixits biològics”, explica Gabriel Gomila, qui va liderar la investigació.“Ara, hem demostrat la possibilitat de mesurar aquestes propietats físiques clau també a escala unicel·lular, el que ens proporciona un major coneixement sobre la interacció de les microones amb els ens biològics i aplana el camí cap a noves aplicacions mèdiques de les microones.”

Els investigadors han quantificat la permitivitat elèctrica d’una cèl·lula individual d’Escherichia coli, demostrant així que la seva tècnica pot detectar la presència d’estructures a escales molt petites fins i tot a l’interior dels microorganismes, proporcionant així una infinitat d’aplicacions en la realització d’imatges sense marcadars de cèl·lules bacterianes individuals en alta resolució espacial, i en general, en cèl·lules eucariotes.

“Revelar la permitivitat complexa d’una única cèl·lula pot proporcionar informació única sobre la seva estructura interna i la composició bioquímica, i sobre el seu estat i fase,” diu en Gabriel. “Això també pot emprar-se per dissenyar i implementar tècniques elèctriques lliures de marcadors per al recompte, la mesura, la separació i la identificació de cèl·lules, i per tant pot obrir encara més vies cap a noves i millorades aplicacions biològiques i mèdiques.”

Maria Chiara Biagi, René Fábregas, Georg Gramse, Marc Van Der Hofstadt, Antonio Juárez, Ferry Kienberger, Laura Fumagalli and Gabriel Gomila (2015). “Nanoscale electric permittivity of single bacterial cells at GHz frequencies by scanning microwave microscopy”. ACS Nano, epub ahead of print