Investigadores de la Universidad de Chicago, bajo la dirección del destacado científico David Awschalom, han alcanzado un notable avance en la intersección de la física cuántica y la biología: han desarrollado un innovador sensor cuántico basado en la proteína fluorescente amarilla mejorada (EYFP), que proviene de la medusa bioluminiscente Aequorea victoria.

Este avance, reportado por New Scientist, tiene el potencial de revolucionar el diagnóstico médico y el estudio de procesos celulares al abrir nuevas oportunidades para la detección temprana de enfermedades y el análisis detallado de los mecanismos internos de las células.

Los sensores cuánticos se han destacado por su excepcional capacidad para medir campos magnéticos, temperaturas y otros fenómenos con una sensibilidad muy superior a la de los dispositivos convencionales. Anteriormente, estos sensores se fabricaban utilizando diamantes con defectos microscópicos que interactuaban con los campos magnéticos externos, iluminándose de manera medible.

Aunque la tecnología ha mostrado eficacia en experimentos con animales, como la detección de campos magnéticos en corazones de ratas o neuronas de ratones, su implementación específica en procesos celulares había representado un reto técnico importante.

El uso de la proteína EYFP se considera una innovación crucial. Modificada genéticamente para producirse en células vivas, esta proteína es biocompatible, facilitando su integración en sistemas biológicos sin inducir alteraciones significativas.

Awschalom explica: "Queremos algo biocompatible a una escala de unos pocos nanómetros". En lugar de crear un sistema molecular desde cero, el equipo ha aprovechado las propiedades naturales de una proteína que se ha utilizado ampliamente en investigaciones biomédicas.

El sensor funciona a través de la interacción de la luz con el fluoróforo, el componente fotosensible de la proteína. Los investigadores activan este fluoróforo con un láser azul, alterando temporalmente el espín de sus electrones, una propiedad cuántica influenciada por fuerzas externas como campos eléctricos y cambios de temperatura.

Aunque el estado de espín dura solo unos milisegundos, es suficiente para captar influencias externas, que luego son detectadas por un segundo láser rojo. Durante las pruebas realizadas a temperaturas extremadamente bajas (-193 °C), características de los microscopios crioelectrónicos, se demostró que las propiedades cuánticas del EYFP podían controlarse y medirse con gran precisión.

Experimentos adicionales a temperatura ambiente confirmaron la estabilidad del sensor, sugiriendo su viabilidad para aplicaciones prácticas en entornos clínicos. La capacidad de utilizar EYFP para rastrear procesos celulares en tiempo real podría cambiar radicalmente la forma en que se estudian las enfermedades y se desarrollan tratamientos.

Una de las aplicaciones más prometedoras incluye la detección temprana de patologías al identificar pequeños cambios en el entorno celular, como fluctuaciones de temperatura o la presencia de campos eléctricos anómalos. Además, el EYFP puede unirse a proteínas específicas en las células mediante modificaciones genéticas, permitiendo rastrear su ubicación y comportamiento.

Esto es fundamental para comprender cómo se forman las células, cómo interactúan entre sí y cómo responden a cambios en su entorno, todos factores clave en el desarrollo de varias enfermedades. Erik Gauger, investigador de la Universidad Heriot-Watt en Edimburgo, ha calificado este avance como "increíble", destacando que el equipo ha conseguido manipular coherentemente un espín en una proteína a temperatura ambiente. "Esto abre nuevas puertas para explorar fenómenos biológicos en una escala que antes era inimaginable", añadió.

No obstante, el camino hacia la implementación clínica de esta tecnología enfrenta desafíos. La optimización del sensor para funcionar en ambientes complejos dentro del cuerpo humano y su integración con otros sistemas de diagnóstico son retos que deben superarse.

A pesar de que el equipo no midió directamente propiedades biológicas en los experimentos iniciales, el potencial de este sensor cuántico es impresionante. Awschalom y su equipo están convencidos de que el EYFP podría convertirse en una herramienta estándar en el campo de la biomedicina, facilitando desde el diagnóstico temprano hasta el análisis de procesos moleculares amenazantes.

Gauger concluyó: "La utilización de estos tipos de sensores proporciona información valiosa que puede transformar no solo la investigación básica, sino también la comprensión y el tratamiento de enfermedades". Este avance es un claro ejemplo de cómo la combinación de disciplinas como la física cuántica y la biología puede llevar a descubrimientos revolucionarios.

A medida que esta tecnología se optimice, su impacto podría ir más allá de la medicina, beneficiando estampas como la nanotecnología y la ciencia de materiales. ¡Prepárense para un futuro donde la ciencia de las medusas y la física cuántica se conviertan en los héroes de la salud!