Durante mucho tiempo, los científicos han querido observar el desarrollo temprano de la vida con la menor interferencia posible. Pero tomar una imagen de una célula viva sin dañarla ha sido un reto casi imposible. Las cámaras convencionales requieren luz, y la luz, en exceso, puede alterar o incluso matar las células que se quieren estudiar. Ahora, un equipo de investigadores ha dado un salto notable en esta área usando una herramienta que parece salida de la ciencia ficción: cámaras cuánticas capaces de detectar la luz más tenue sin comprometer la calidad de la imagen.
Este avance, liderado por la Universidad de Adelaida y publicado en la revista APL Photonics, muestra cómo se pueden obtener imágenes detalladas de embriones vivos con cantidades mínimas de luz, gracias a tecnologías inspiradas en la física cuántica y la inteligencia artificial. No se trata solo de una mejora técnica. Este método podría transformar la forma en que se realiza la fertilización in vitro (FIV) y el estudio del desarrollo celular.
Una nueva generación de cámaras para mirar sin alterar
Las cámaras utilizadas en este estudio no son las que cualquiera puede encontrar en un laboratorio típico. Son dispositivos ultrasensibles capaces de detectar y contar fotones individuales, es decir, las partículas mínimas de luz. Cada píxel en estas cámaras puede registrar cuántos fotones lo alcanzan, lo que permite construir imágenes detalladas con una iluminación extremadamente baja.
Esto es crucial, porque iluminar demasiado un embrión o una célula puede alterar sus procesos internos o incluso dañarlo irreversiblemente. Como explicó el director del centro Light for Life, el profesor Kishan Dholakia, usar el nivel más bajo de luz posible, junto con estas cámaras muy sensibles, es importante para entender la biología en células vivas y en desarrollo. Esa sensibilidad extrema permite ver lo que hasta ahora era invisible sin perturbar el proceso que se quiere estudiar.
Estas cámaras permiten así una especie de “mirada fantasma”: podemos observar lo que ocurre sin dejar rastro, sin interferencia, sin ruido. Una especie de revolución silenciosa en la forma de hacer ciencia.
Embrión vivo, imagen real
Una de las pruebas más impactantes del estudio fue el uso de esta tecnología para captar imágenes de embriones vivos de ratón. Los embriones fueron fotografiados con y sin la tecnología optimizada, y los resultados fueron sorprendentes. La claridad, el contraste y el nivel de detalle obtenidos con la nueva técnica superaron ampliamente lo que se podía lograr con métodos tradicionales, y todo esto con una exposición de luz mucho menor.
Estas muestras son especímenes vivos y en desarrollo que sirven de base para estudios que apoyan avances en la FIV clínica, comenta el profesor Dholakia. Este tipo de aplicaciones no son menores: en la práctica clínica, poder observar la calidad y el estado de un embrión sin comprometer su viabilidad es una necesidad urgente. Con esta técnica, podríamos elegir los embriones con mayores probabilidades de éxito sin dañarlos ni alterar su curso natural.
Además, esta tecnología puede adaptarse a otros estudios de biología celular, más allá de la reproducción. Cualquier proceso que requiera observar células vivas se beneficiaría de una imagen más precisa, menos invasiva y más fiel a la realidad biológica.
Física cuántica aplicada a la vida
Puede sonar extraño hablar de física cuántica en el contexto de biología, pero en este caso tiene sentido. La cámara es tan sensible que las leyes del mundo cuántico, normalmente reservadas para átomos o partículas subatómicas, se vuelven relevantes en el laboratorio de biología.
Uno de los retos fue desarrollar una forma justa y rigurosa de comparar la calidad de las imágenes entre diferentes cámaras, algo clave para demostrar la eficacia del sistema. Una ventaja adicional es que muchos compuestos naturales en las células emiten luz muy débil cuando se iluminan, un fenómeno conocido como autofluorescencia. Gracias a las cámaras cuánticas, es posible captar esa luz tenue, que antes pasaba desapercibida, y usarla para identificar estructuras o procesos internos sin necesidad de añadir colorantes ni marcadores químicos.
Inteligencia artificial para limpiar el ruido
Otro componente innovador del proyecto es el uso de inteligencia artificial (IA) para mejorar las imágenes obtenidas. Aunque las cámaras son extremadamente sensibles, capturar luz tan tenue puede generar ruido, una especie de estática que dificulta ver con claridad. Aquí es donde entra la IA, que se encargó de eliminar ese ruido sin alterar la información real de la imagen.
Peterkovic señala que incluso exploraron cómo puede usarse la inteligencia artificial para eliminar el ruido de las imágenes captadas, que es esencialmente estática porque la cámara lucha por captar suficiente luz. Este proceso no es trivial. Requiere entrenamiento, validación y ajustes para asegurarse de que la IA no añade detalles falsos ni borra señales reales.
Este enfoque combinado —física cuántica, óptica avanzada e inteligencia artificial— marca un nuevo paradigma en la forma de observar la vida microscópica. Ya no se trata solo de obtener imágenes bonitas o nítidas, sino de hacerlo con un respeto absoluto por la biología natural del organismo observado.
Un futuro prometedor
Este estudio es solo el comienzo. Los autores del trabajo reconocen que hay mucho más por explorar. Uno de los próximos pasos será adentrarse aún más en el terreno de la imagen cuántica pura, es decir, usar no solo cámaras cuánticas sino también estados cuánticos de la luz para extraer información aún más precisa sobre las muestras.
Las aplicaciones posibles son muchas: desde estudiar cómo se desarrollan enfermedades hasta analizar el comportamiento de células madre o tejidos vivos en tiempo real. Incluso podrían usarse en diagnósticos más seguros, estudios de cáncer o desarrollo de fármacos sin necesidad de intervenciones agresivas.
Para los autores, este trabajo representa una muestra del potencial de la colaboración entre disciplinas. Óptica, biología, física láser, inteligencia artificial y medicina reproductiva se dieron la mano para abrir una nueva ventana al mundo microscópico. Y como sucede con los avances verdaderamente disruptivos, es probable que estemos apenas viendo la punta del iceberg.
Referencias
- Zane Peterkovic, Avinash Upadhya, Christopher Perrella, Admir Bajraktarevic, Ramses E. Bautista Gonzalez, Megan Lim, Kylie R. Dunning, Kishan Dholakia. Optimizing image capture for low-light widefield quantitative fluorescence microscopy.”APL Photonics, 12 marzo 2025. https://doi.org/10.1063/5.0245239.
Cortesía de Muy Interesante
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