Propiedades electromagnéticas de células bacterianas individuales a frecuencias de microondas medidas por primera vez

acsgomilaInvestigadores del IBEC y sus colaboradores de la Johannes Kepler University de Linz, la Universidad de Manchester y la compañía Keysight Technologies han conseguido un objetivo difícil de alcanzar: medir las propiedades electromagnéticas de materiales biológicos al nivel de células bacterianas individuales y a frecuencias muy altas (gigahercios).

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Imagen: cómo la microscopía de barrido de microondas mide la permitividad eléctrica de un objeto biológico a escala nanométrica

Habiendo medido las bajas frecuencias (kHz) de la polarizabilidad eléctrica del ADN y de células bacterianas individuales en 2014 y de los principales componentes de la membrana celular, este año el grupo de Caracterización Bioeléctrica a la Nanoescala ha conseguido este novedoso avance mediante el uso de una técnica conocida como microscopía de barrido de microondas. Con esta técnica una única célula o microorganismo, en este caso una célula bacteriana, puede fotografiarse utilizando microondas, similares a las que se usan en la telefonía móvil para comunicarnos o en los microondas, y así cuantificar a la nanoescala las propiedades electromagnéticas con gran precisión y reproducibilidad.

“Nuevos avances en técnicas de imagen médica no-invasivas para el diagnóstico de cáncer, técnicas de ablación terapéuticas para el tratamiento del cáncer y novedosas técnicas de electrocirugía están en proceso de desarrollo basándose en el uso se las microondas y en el conocimiento de las propiedades electromagnéticas de alta frecuencia – la permitividad compleja – de los tejidos biológicos,” explica Gabriel Gomila, quien lideró la investigación. “Ahora, hemos demostrado la posibilidad de medir estas propiedades físicas clave también a nivel unicelular, lo que nos proporciona un mayor conocimiento sobre la interacción de las microondas con los entes biológicos y allana el camino hacia nuevas aplicaciones médicas de las microondas.”

Los investigadores han cuantificado la permitividad eléctrica de una célula individual de Escherichia coli, demostrando así que su técnica puede detectar la presencia de estructuras a escalas muy pequeñas incluso en el interior de los microorganismos, proporcionando así un sinfín de aplicaciones en el escaneo sin etiquetas de células bacterianas individuales en alta resolución espacial, y en general, en células eucariotas.

“Revelar la permitividad compleja de una única célula puede proporcionar información única sobre su estructura interna y la composición bioquímica, y sobre su estado y fase,” dice Gabriel. “Esto también puede usarse para diseñar e implementar técnicas eléctricas sin etiquetas para el recuento, la medida, la separación y la identificación de células, por lo tanto puede abrir aún más vías hacia nuevas y mejoradas aplicaciones biológicas y médicas.”

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