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La medición cuántica podría revelar el flujo de iones a través de las membranas celulares
Los canales de iones juegan un papel crucial en el funcionamiento de todas las células vivas. Los canales son proteínas incrustadas en la membrana celular que actúan como poros, permitiendo que ciertos tipos de moléculas e iones pasen mientras bloquean otros.
En consecuencia, desempeñan un papel importante en muchos procesos biológicos en los que se producen cambios rápidos en las células, como la función cardíaca, la activación de las células T y la liberación de insulina de las células beta pancreáticas.
No es de extrañar, entonces, que se haya dedicado tanto trabajo a averiguar cómo funcionan los canales iónicos. Una técnica consiste en introducir una celda en la punta de una jeringa que contiene el ion que se está investigando. Aplique voltaje a la celda y la corriente es una medida del flujo de iones a través de la membrana celular. Otra técnica consiste en medir el flujo de iones a través de una membrana celular sintética conocida como capa lipídica negra.
Ambas técnicas han arrojado conocimientos interesantes, pero pregúntele a un biólogo celular qué tan precisas son, y él o ella arrastrará los pies y mirará fijamente al suelo.
Ahora, una nueva técnica promete poner a todas las demás en la sombra, dicen Leonard Hall de la Universidad de Melbourne en Australia y algunos compañeros. La idea se basa en la rapidez con la que los electrones se descomponen en un átomo de nitrógeno dentro de un nanodiamante. En los últimos años, los físicos se han entusiasmado enormemente con estas llamadas vacantes de nitrógeno porque se controlan fácilmente mediante microondas o luz. También están aislados de su entorno por la matriz de carbono.
La idea de Hall y compañía es colocar el nanodiamante en la punta de un microscopio de fuerza atómica y moverlo dentro del ancho de un cabello de un canal iónico en una membrana celular. Los espines de los electrones en la vacante de nitrógeno se establecen en un estado particular zapping con una secuencia de pulsos de microondas.
Cuando el canal se abre, el flujo de iones a través de él genera un minúsculo campo magnético que interactúa con el giro de los electrones, provocando su descoherencia. Esto se puede controlar fácilmente buscando la fluorescencia producida por la vacante de nitrógeno.
La técnica debería poder medir el flujo de iones a través del canal con una resolución de microsegundos, dice el grupo. Ese tipo de precisión no tiene precedentes. Y la belleza de esto es que el nanodiamante no toca ni interfiere con el canal que puede operar en su entorno (más o menos) natural.
Los biólogos celulares deberían dar la espalda a esto, pero son las compañías farmacéuticas las que realmente se beneficiarán. Una gran proporción de fármacos se dirige a los canales iónicos, por lo que saber exactamente qué efecto tienen debería ser una parte importante del proceso de descubrimiento de fármacos. La nueva técnica podría hacerlo posible.
Por el momento, el trabajo se encuentra en una etapa teórica, investigando la viabilidad de la idea. Pero Hall y sus compañeros dicen que parece posible con la tecnología actual. Eso significa que debería ser solo cuestión de meses antes de que veamos los primeros resultados.
Ref: arxiv.org/abs/0911.4539 : Monitoreo de la función del canal de iones en tiempo real a través de la decoherencia cuántica