[ad_1]
(noticias nanowerk) Las pinzas ópticas utilizan láseres para manipular objetos diminutos como células y nanopartículas. Aunque parezcan rayos tractores de ciencia ficción, lo cierto es que su desarrollo le valió a los científicos el Premio Nobel en 2018.
Los científicos ahora han utilizado supercomputadoras para hacer más seguro el uso de pinzas ópticas en células vivas y utilizarlas en terapia contra el cáncer, monitoreo ambiental y más.
«Creemos que nuestra investigación da un paso importante hacia la industrialización de las pinzas ópticas en aplicaciones biológicas, particularmente tanto en cirugía celular selectiva como en administración dirigida de fármacos», dijo Pavana Kollipara, estudiante de posgrado de la Universidad de Texas en Austin. Kollipara es coautor de un estudio sobre pinzas ópticas publicado en comunicación de la naturaleza (“Pinzas optotermoforéticas hipotermales”), escrito poco antes de completar su tesis doctoral en ingeniería mecánica bajo la supervisión del coautor de UT Austin, Yuebing Zheng, autor correspondiente del artículo.
Lee también el nuestro Foco Nanowerk Acerca de esta investigación: Nuevas pinzas láser permiten una manipulación suave y eficiente de células y nanopartículas (con video).
Las pinzas ópticas capturan y mueven partículas pequeñas porque la luz tiene un impulso que puede transferirse a una partícula que es impactada. La luz intensificada de los láseres la amplifica.
Kollipara y sus colegas llevaron las pinzas ópticas un paso más allá al desarrollar un método para mantener fría la partícula objetivo utilizando un disipador de calor y un refrigerador termoeléctrico. Su método, llamado pinzas optotermoforéticas hipotérmicas (HOTT), puede capturar varios coloides y células biológicas en sus fluidos naturales con un bajo consumo de energía.
Este último avance podría ayudar a superar los problemas con las pinzas de luz láser actuales, que queman demasiado la muestra para aplicaciones biológicas.
«La idea básica de este trabajo es simple», dijo Kollipara. «Si la muestra se daña por el calor, simplemente enfríe todo y luego caliéntelo con el rayo láser». Cuando finalmente se captura el objetivo, como una célula biológica, la temperatura seguirá siendo cercana a la temperatura ambiente de 27-34°C. Puedes capturarlo con una potencia láser más baja y controlar la temperatura, evitando daños térmicos o de fotones a las células”.
El equipo científico probó su HOTT en glóbulos rojos humanos, que son sensibles a los cambios de temperatura.
“Con las pinzas ópticas tradicionales se daña la estructura celular y mueren inmediatamente. Hemos demostrado que nuestra técnica puede capturarlos y manipularlos de forma segura independientemente del tipo de solución en la que estén dispersos. Ese fue uno de los hallazgos clave del estudio”, dijo Kollipara.
Otro hallazgo se aplica a las aplicaciones de administración de medicamentos. Se capturaron vesículas plasmónicas, pequeños biocontenedores recubiertos con nanopartículas de oro, sin supuestamente moverlas a diferentes lugares dentro de una solución, de manera similar a cómo se administran los medicamentos a un tumor canceroso específico. Una vez que alcanzan el objetivo del cáncer, son golpeados con un rayo láser secundario para hacer estallar la carga del fármaco.
“La administración de fármacos inducida por láser es importante porque podemos administrar medicamentos específicamente a un objetivo específico. De esta manera, la cantidad de medicamento que consume un paciente disminuye significativamente y se puede especificar dónde se puede administrar el medicamento”, añadió Kollipara.
Fueron necesarias simulaciones por supercomputadora para calcular las magnitudes de fuerza tridimensionales a gran escala que actúan sobre las partículas de los campos óptico, termoforético y termoeléctrico logrados con una potencia láser determinada. Como estudiante de posgrado en UT Austin, Kollipara recibió subvenciones para Stampede2 de TACC, un recurso estratégico nacional compartido por miles de científicos y financiado por la Fundación Nacional de Ciencias.
“El sistema es tan complejo en términos de requisitos de costos computacionales que nuestras estaciones de trabajo locales no pueden soportarlo. Tendríamos que ejecutar una simulación durante días para obtener un solo punto de datos, y necesitamos miles. TACC nos ha ayudado en nuestro análisis y ofrece resultados mucho más rápidos que cualquier otra cosa que tengamos”, dijo Kollipara.
En términos más generales, y no directamente para este estudio, la investigación del biosensor de plasma de Kollipara también ha aprovechado el sistema Lonestar5 de TACC para realizar simulaciones más extensas. Lonestar5 y ahora Lonestar6 prestan servicios específicamente a científicos del Sistema UT a través de la Ciberinfraestructura de Investigación de la Universidad de Texas (UTRC).
“No basta con crear un modelo complicado por sí solo”, dijo Kollipara: “Hay que asegurarse de que funcione correctamente mediante experimentos. Las computadoras portátiles son inadecuadas para las necesidades de investigación y desarrollo intensos. Aquí es donde entran en juego los recursos de supercomputación como los del TACC: “Ayudar a los investigadores a avanzar en la investigación y el desarrollo lo más rápido posible y seguir el ritmo de las necesidades humanas”.
[ad_2]