Caza fotográfica de embriones: científicos capturan los primeros instantes de la vida con una cámara cuántica

Científicos de la Universidad de Adelaida han desarrollado un método revolucionario para observar los primeros momentos de la vida. En el Centro de Luz para la Vida crearon un sistema basado en cámaras cuánticas, capaces de registrar cada fotón individual en una imagen celular. Este avance podría mejorar significativamente las tecnologías de fecundación in vitro y ampliar la comprensión de las etapas iniciales del desarrollo de los organismos.

La microscopía fluorescente, en la que se basa el método, utiliza la capacidad única de ciertas moléculas para absorber luz de una longitud de onda y reemitirla en otra. Este principio se aplicó por primera vez a comienzos del siglo XX, lo que permitió a los científicos visualizar detalles de las estructuras celulares antes invisibles para los instrumentos ópticos convencionales. Cuando ciertos compuestos en la célula absorben fotones, sus electrones pasan a un estado excitado y, al regresar a su estado normal, emiten luz con una longitud de onda mayor.

Muchas biomoléculas importantes, como enzimas, proteínas y ácidos nucleicos, presentan fluorescencia natural. A partir de la intensidad de su brillo, los investigadores pueden deducir procesos metabólicos en tejidos vivos. Por ejemplo, los cambios en la relación de fluorescencia de ciertas moléculas —el llamado coeficiente óptico redox— reflejan directamente el intercambio energético en estructuras vivas.

Sin embargo, los métodos tradicionales enfrentan una gran limitación. Para generar un brillo lo suficientemente intenso, se requiere iluminar el espécimen con una intensidad que puede dañar las células vivas. Si se reduce la iluminación, la calidad de la imagen se degrada hasta el punto de que se vuelve imposible distinguir detalles importantes. Esta dificultad es especialmente crítica en el estudio de embriones, extremadamente sensibles a cualquier intervención externa.

El nuevo desarrollo resuelve este dilema. Los investigadores australianos crearon una cámara tan sensible que puede detectar incluso los fotones individuales emitidos por las biostructuras. El dispositivo se basa en los últimos avances de la óptica cuántica, una rama de la física que estudia la interacción de la luz con la materia a nivel de cuantos individuales de energía.

Durante los experimentos, los investigadores dirigieron pulsos láser ultracortos con una longitud de onda de 740 nanómetros sobre embriones de ratón. Esta radiación apenas daña los tejidos vivos, pero es capaz de inducir una fluorescencia tenue. La cámara cuántica captó esta señal, y algoritmos especiales de inteligencia artificial limpiaron las imágenes obtenidas de ruidos e interferencias.

El equipo desarrolló un método único para comparar la eficacia de distintos tipos de cámaras, teniendo en cuenta numerosos parámetros: desde la sensibilidad a señales débiles hasta la capacidad para distinguir los más mínimos detalles de las estructuras celulares. Para ello, fue necesario combinar conocimientos de diversas áreas científicas: física cuántica, biología, tecnología láser y análisis computacional de imágenes.

En el futuro, los investigadores planean emplear estados cuánticos especiales de la luz, lo que permitirá obtener aún más información. Por ejemplo, será posible no solo observar el desarrollo de los embriones, sino también determinar con precisión su viabilidad, algo crítico para el éxito de la fecundación in vitro. La tecnología también abre nuevas oportunidades para estudiar el funcionamiento de células madre, el desarrollo de tumores y el efecto de medicamentos.