Cada célula humana é envolta em uma membrana lipídica de cinco nanômetros de espessura que a protege do meio ambiente. Como um porteiro, a membrana determina quais íons e moléculas podem passar. Ao fazê-lo, garante o bem-estar e a estabilidade da célula e permite a comunicação por meio de sinais elétricos.

Pesquisadores do Laboratório de BioFotônica Fundamental (LBP) da Escola de Engenharia da EPFL conseguiram rastrear essas cargas móveis em tempo real de maneira totalmente não invasiva. Em vez de observar as próprias membranas, eles olharam para as moléculas de água circundantes, que, além de manter a membrana intacta, mudar a orientação na presença de cargas elétricas. Portanto, ao 'ler' a posição deles, os pesquisadores conseguiram criar um mapa dinâmico de como as cargas são transportadas através de uma membrana.

O método dos pesquisadores acaba de ser publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ) Pode lançar luz sobre como funcionam os canais de íons, junto com outros processos em funcionamento em membranas. Este método clinicamente viável também poderia ser usado para rastrear diretamente a atividade iônica nos neurônios, o que aprofundaria o conhecimento dos pesquisadores sobre como funcionam as células nervosas. "As moléculas de água podem ser encontradas onde quer que haja membranas lipídicas, que precisam dessas moléculas para existir, "diz Sylvie Roke, chefe do LBP. "Mas até agora, a maioria dos estudos sobre membranas não examinou essas moléculas. Mostramos que eles contêm informações importantes. "

Os pesquisadores fizeram isso usando um microscópio de segundo harmônico exclusivo que foi inventado no LBP. A eficiência de imagem deste microscópio é três ordens de magnitude maior do que a dos microscópios de segundo harmônico existentes. Com este microscópio, os pesquisadores obtiveram imagens de moléculas de água em uma escala de tempo de 100 milissegundos.

Para sondar a hidratação das membranas lipídicas, os pesquisadores combinam dois lasers de mesma frequência (pulsos de femtossegundos) em um processo que gera fótons com uma frequência diferente:isso é conhecido como luz de segundo harmônico. É gerado apenas nas interfaces e revela informações sobre a orientação das moléculas de água. "Podemos observar o que está acontecendo no local, e não precisamos modificar o ambiente ou usar marcadores volumosos como fluoróforos que perturbariam o movimento das moléculas de água, "diz Orly Tarun, o autor principal da publicação.

Com este método, os pesquisadores observaram flutuações de carga nas membranas. Essas flutuações eram anteriormente desconhecidas e sugerem um comportamento químico e físico muito mais complexo do que é considerado atualmente.