Belarmino Segura Giraldo, de la facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la sede Manizales, aseguró durante el evento GESLAB 2024 de la universidad, que al plantear el proyecto necesitaban una plataforma informática en la web que permitiera compartir los contenidos que iban generando”. 

“Requerimos equipos de laboratorio, lenguajes de programación, algunas tarjetas para la parte electrónica, y por supuesto sensores, aparatos de medición, actuadores y cámaras”, explicó. 

A partir de estos requerimientos, el equipo de cuatro profesores, hizo un extenso trabajo de campo visitando todas las sedes del campus universitario.

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Durante estas visitas, recopilaron información sobre 146 prácticas de laboratorio y sus respectivos modelos pedagógicos, que les ayudó a identificar las necesidades, pero también iniciativas de transformación digital que ya existían en cada sede, aunque muchas de ellas operaban de manera individual.

Con este trabajo de campo pensaron en la idea de que los microscopios servirían como un elemento integrador en diversas áreas de estudio, desde la Biología hasta la Ingeniería de Materiales.

Esa visión los inspiró a desarrollar el prototipo del “microscopio viajero”, equipado con conexión a internet satelital, que se puede operar remotamente desde cualquier sede de la universidad.

¿Cómo funciona?

Pues bien, dicho dispositivo integra experiencias de realidad virtual y aumentada, lo que lo convierte en un “laboratorio multimodal”, que les permitiría a los estudiantes no solo observar muestras a distancia, sino también interactuar con modelos 3D de los especímenes y de los propios instrumentos de laboratorio.

“La idea es que un estudiante en la sede de Orinoquia, por ejemplo,  puedan operar en tiempo real un microscopio físico ubicado en la Sede Amazonia. Así se rompen esas barreras implícitas que hay en la distancia. Esa es la clase de experiencia educativa inmersiva que estamos buscando crear”, explicó el docente Carlos Mario Garzón, de la facultad de Ciencias de la Sede Bogotá

Durante la presentación del proyecto, los profesores explicaron que los estudiantes pueden manipular virtualmente el microscopio, ajustando el enfoque, cambiando los lentes objetivos, e incluso interactuando con las muestras en un entorno inmersivo 3D. Esta experiencia, según explicaron, no sólo facilita el aprendizaje de las técnicas de microscopía, sino que además les permite a los estudiantes explorar aspectos de las muestras que serían difíciles o imposibles de observar en un microscopio convencional.

La realidad aumentada les permite incluso “desmontar” virtualmente una célula y examinar sus componentes desde ángulos imposibles en el mundo real.

“Tuvimos una experiencia muy realista de cómo observar en el microscopio y de cómo interactuar físicamente con él. Lo que vimos en esta práctica es que la potencialidad que tiene esta herramienta es ir más allá y aumentar el campo de aplicación”, comentan.

El próximo paso del equipo es estructurar una propuesta para el Sistema General de Regalías, con el objetivo de obtener financiación adicional que les permita expandir el alcance del proyecto.

Imagen: Unimedios 

Detectar el cáncer siempre ha sido un desafío para los médicos, y más cuando la enfermedad está en etapas iniciales.Muchos científicos han estado desarrollando diagnósticos de cáncer mediante procesos que analizan los genes de los pacientes a través de muestras de sangre.

Un grupo de científicos de la Universidad de California Los Angeles (UCLA) desarrolló una técnica que combina un microscopio especial con un algoritmo de inteligencia artificial que funciona para detectar cáncer en muestras de sangre, según informó Popular Science. 

Esta técnica es no invasiva, y permite identificar células cancerígenas que no se pueden ver con ningún otro método de diagnóstico. También ayuda a los investigadores a entender mejor las mutaciones que causan el cáncer, y con ello poder crear nuevos tratamientos.

Los científicos publicaron un reporte a principios de este año sobre su técnica en la revista Scientific Reports. Este nuevo método permite detectar el cáncer mucho más rápido que otras técnicas, y no daña la muestra para próximas pruebas.

El método combina dos componentes que fueron inventados en la misma universidad: microscopio que es capaz de ‘tomar fotos’ en las células de muestras de sangre rápidamente, y un programa  ‘deep learning’ que identifica células con cáncer que acierta un 95% de las veces, según reportó un comunicado de la UCLA.

‘Deep Learning’ es una forma de inteligencia artificial que usa algoritmos complejos para extraer características de los datos para lograr tomar decisiones.

Y el microscopio, llamado ‘photonic time stretch’ fue inventado por el doctor Barham Jalali, líder de esta investigación. El microscopio tiene muchas aplicaciones y permite capturar imágenes de células en la sangre en movimiento, gracias a luces láser que funcionan como el flash de una cámara.  

El proceso de tomar fotos a las células debe ser muy rápido: sucede en nanosegundos (una billonésima de segundo). Esto hace que otros instrumentos no puedan tomar las imágenes. Además para tomar las fotos en minúsculos lapsos se requiere un iluminación intensa, lo cual usualmente destruye las células. El microscopio de Jalali es capaz de hacerlo y además usa una luz que no daña las células.

Luego que se toman las fotos, las imágenes pasan a un computador, el cual categoriza las células según 16 características, como diámetro, forma, y cuánta luz absorben. Esto se logra gracias al algoritmo de inteligencia artificial.

Luego los científicos usan otro programa en el computador que les permite identificar las células cancerígenas.

Luego de muchas pruebas, los investigadores encontraron que su sistema era al menos 17% más efectivo que otras herramientas parecidas de diagnóstico con muestras de células.

Imagen: Dr. Cecil Fox (vía Wikimedia). 

Gracias a un invento como el nanoscopio, los científicos pueden observar la forma en que cada molécula interactúa en las células vivas. Con este aparato han podido rastrear las moléculas que están involucradas en enfermedades como el párkinson, el alzheimer o el mal de Huntington.

El científico Ernst Abbe estipuló en 1873 que la máxima resolución visual del microscopio sería de 0,2 micrómetros. Debido a esto, este aparato no podía obtener una mejor resolución que la mitad de la longitud de onda de la luz. Por esto, no podían analizar células o bacterias a un tamaño de nanómetros (nm).

No obstante, los científicos Eric Betzig, William E. Moerner y Stefan W. Hell lograron superar la medida propuesta por Abbe con sus descubrimientos y contribuyeron a la creación del nanoscopio, un microscopio de fluorescencia que puede analizar al interior de las células porque alcanza un nivel de detalle del tamaño de un nanómetro (1 nm = 10⁻⁹ m). Por esta razón, la Fundación Nobel anunció el miércoles que les iba a otorgar el Premio Nobel de Química.

Cada uno de los laureados trabajó en distintos aspectos. Stefan Hell, quien estudió en el Instituto Max Planck de Alemania, desarrolló en el año 2000 el método de la microscopía del agotamiento de la emisión estimulada (STED). Consiste en dos rayos láser, uno que estimula que las moléculas brillen dentro de una célula y otro que anula la fluorescencia restante que está alrededor de estas partículas.

Por su parte, Eric Betzig y William Moerner, quienes estudiaron en el Instituto Médico Howard Hughes y la Universidad de Standford respectivamente, crearon en el año 2006 un segundo método llamado microscopía de una sóla molécula. Consiste en encender y apagar la fluorescencia de moléculas individuales. Para esto, los científicos toman la imagen de una misma zona varias veces, dejando sólo que unas pocas moléculas intercaladas brillen cada vez. La superposición de estas imágenes produce una imagen de superresolución a nanoescala.

El profesor Dominic Tildesley, presidente de la Real Academia de Química del Reino Unido, afirmó a BBC News que “la superresolución fluorescente permite a los científicos observar dentro de las células nerviosas para explorar la sinapsis del cerebro, estudiar las proteínas que están involucradas en la enfermedad de Huntington y rastrear la división celular de los embriones. Estos descubrimientos revelan nuevos niveles de entendimiento de lo que sucede en el cuerpo en una nanoescala”.

Imagen: Steve Jurvetson (vía Flickr).

Quizás algún curioso alguna vez se ha preguntado, al ver una imagen de una bacteria o un virus que es más pequeño que una célula normal, cómo hacen los científicos para obtener esas vistas al mundo microscópico.

La respuesta del sentido común es que los lentes de microscopios han avanzado al mismo paso que la tecnología en general en los años recientes, y que seguramente tienen algo que ver con la integración con computadores para lograr lo que antes era imposible.

Pero la verdad es otra.

Hasta ahora los lentes ópticos no veían objetos más pequeños de 200 nanómetros a causa de un límite que tiene la difracción de la luz, por lo que un lente que intentara enfocar algo más pequeño daba resultados negativos.

La alternativa corriente eran los microscopios electrónicos, que usan un rayo de electrones para iluminar un objeto y construir una imagen amplificada. Estos dispositivos son el origen de la mayoría de las imágenes de alta resolución que hoy aparecen de células, virus, bacterias y todo lo demás que los lentes ópticos no logran ver tan bien.

La diferencia principal es que los lentes ópticos dependen de las características de la luz para ver el objeto, mientras el microscopio electrónico se basa en las de los electrones, que tienen características diferentes a los fotones de luz.

Durdu Guney, ingeniero eléctrico de la Universidad de Tecnología de Michigan, ha logrado que sus lentes superen el límite de difracción, y usen la luz natural para ver objetos tan pequeños como 100 nanómetros (el articulo fue publicado en la revista de la American Physical Society).

La clave está en el uso de materiales que no se dan en el mundo natural (llamados metamateriales). El equipo de Guney usa un campo electromagnético sobre la superficie de una lámina de metal, excitando unas partículas llamadas plasmones que pueden superar el límite de difracción al interactuar con el campo magnético.

El resultado no solo es un lente que puede ver, usando el espectro de luz visible, un virus o una célula dentro de una gota de sangre, sino también un material que es barato de producir. Un evento importantísimo si se tienen en cuenta el alto costo de los microscopios electrónicos y su tamaño (el de un escritorio de oficina) lo cual limita su disponibilidad a laboratorios y centros de investigación con fondos suficientes.

Un avance importante si se tienen en cuenta aspectos como la pobreza de equipos de laboratorio en las aulas de escuela, el uso que podría tener en el campo médico y hasta su utilidad en la fabricación y el control de calidad de objetos pequeños como los microchips. Además, este lente le permitiría al público en general tener acceso a un microscopio de alta potencia y resolución.

Como explica Guney, “el acceso del público a microscopios de alto poder es insignificante. Con estos superlentes, todo el mundo puede ser un científico. La gente podría poner imágenes de sus células en Facebook. Hasta podría inspirar el alma científica de la sociedad”. Esperemos que así sea.