Utilización de las Moléculas de Agua para Leer la Actividad Eléctrica en las Membranas Lipídicas

Los investigadores del Laboratorio de Biofotónica Fundamental (LBP) de la Escuela de Ingeniería de la EPFL fueron capaces de rastrear estas cargas en movimiento en tiempo real de forma totalmente no invasiva. En lugar de observar las propias membranas, se fijaron en las moléculas de agua que las rodean, las cuales, además de mantener la membrana intacta, cambian de orientación en presencia de cargas eléctricas. Así, "leyendo" su posición, los investigadores pudieron crear un mapa dinámico de cómo se transportan las cargas a través de una membrana.

El método de los investigadores acaba de publicarse en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Este podría arrojar luz sobre el funcionamiento de los canales iónicos y otros procesos que tienen lugar en las membranas. Este método, clínicamente viable, podría utilizarse también para seguir directamente la actividad de los iones en las neuronas, lo que profundizaría el conocimiento de los investigadores sobre el funcionamiento de las células nerviosas. "Las moléculas de agua se encuentran dondequiera que haya membranas lipídicas que necesiten estas moléculas para existir", dice Sylvie Roke, directora del LBP. "Pero hasta ahora, la mayoría de los estudios sobre membranas no se fijaban en estas moléculas. Hemos demostrado que contienen información importante".

Para ello, los investigadores utilizaron un microscopio de segundo armónico único, inventado en el LBP. La eficacia de este microscopio en la obtención de imágenes es más de tres órdenes de magnitud superior a la de los microscopios de segundo armónico existentes. Con este microscopio, los investigadores obtuvieron imágenes de las moléculas de agua en una escala de tiempo de 100 milisegundos.

Para sondear la hidratación de las membranas lipídicas, los investigadores combinan dos láseres de la misma frecuencia (pulsos de femtosegundo) en un proceso que genera fotones con una frecuencia diferente: es lo que se conoce como luz de segundo armónico. Se genera sólo en las interfaces y revela información sobre la orientación de las moléculas de agua. "Podemos observar lo que ocurre in situ, y no necesitamos modificar el entorno ni utilizar marcadores voluminosos como los fluoróforos que perturbarían el movimiento de las moléculas de agua", afirma Orly Tarun, autor principal de la publicación.

Con este método, los investigadores observaron las fluctuaciones de carga en las membranas. Tales fluctuaciones eran desconocidas hasta ahora e insinúan un comportamiento químico y físico mucho más complejo de lo que se considera actualmente.

Artículo: Using water molecules to read electrical activity in lipid membranes