microhaz

En aquel entonces se creía que el daño por radiación a las células era exclusivamente resultado del daño al ADN . Los microhaces de partículas cargadas permitieron investigar la sensibilidad del núcleo a la radiación, que en ese momento parecía no ser uniformemente sensible. Experimentos realizados en instalaciones de microhaces han demostrado desde entonces la existencia del efecto espectador . El efecto espectador es cualquier respuesta biológica a la radiación en células o tejidos que no han sido expuestos directamente a ella. Estas células "espectadoras" son vecinas de las células que sí han sido expuestas. Se cree que el mecanismo del efecto espectador se debe a la comunicación intercelular. La naturaleza exacta de esta comunicación es objeto de investigación activa para numerosos grupos.

A las bajas dosis relevantes para la exposición a la radiación ambiental, las células individuales rara vez experimentan el paso de una partícula ionizante y casi nunca experimentan más de un paso. Por ejemplo, en el caso de la exposición doméstica al radón , la estimación del riesgo de cáncer implica estudios epidemiológicos de mineros de uranio. Estos mineros inhalan gas radón, que luego sufre desintegración radiactiva , emitiendo una partícula alfa . Esta partícula alfa atraviesa las células del epitelio bronquial , pudiendo causar cáncer. La exposición promedio al radón a lo largo de la vida de estos mineros es lo suficientemente alta como para que las estimaciones del riesgo de cáncer se basen en datos de individuos cuyas células bronquiales objetivo están sujetas a múltiples pasos de partículas alfa. Por otro lado, para un ocupante promedio de una vivienda, aproximadamente 1 de cada 2500 células bronquiales objetivo estará expuesta por año a una sola partícula alfa, pero menos de 1 de cada 10⁷ ^de estas células experimentará el paso de más de una partícula. Por lo tanto, para poder extrapolar los efectos de la exposición minera a la exposición ambiental, es necesario poder extrapolar los efectos de múltiples recorridos a los efectos de un solo recorrido de una partícula.

Debido a la distribución aleatoria de las trayectorias de las partículas, los efectos biológicos de un número exacto (particularmente uno) de partículas no pueden simularse de forma práctica en el laboratorio mediante exposiciones convencionales de haz ancho. Las técnicas de microhaz pueden superar esta limitación al administrar un número exacto (uno o más) de partículas por núcleo celular. Las irradiaciones de partículas individuales deberían permitir medir los efectos del paso de una sola partícula alfa, en comparación con múltiples pasos. La aplicación de estos sistemas a procesos de baja frecuencia, como la transformación oncogénica , depende en gran medida de la tecnología empleada. Con una tasa de irradiación de al menos 5000 células por hora, se pueden realizar experimentos con rendimientos del orden de 10⁻⁴ ^. Por lo tanto, un alto rendimiento es una característica deseable para los sistemas de microhaz.

Se pueden obtener haces puntuales con diámetros de hasta aproximadamente dos micrómetros mediante la colimación del haz con orificios estenopeicos o con un capilar estirado. Se han logrado tamaños de haz submicrométricos enfocando el haz con diversas combinaciones de lentes electrostáticas o magnéticas. Ambos métodos se utilizan actualmente.

Para realizar experimentos con microhaces en células vivas, es necesario crear una ventana de vacío. Generalmente, esto se logra mediante el uso de una ventana hermética al vacío hecha de un polímero de unos pocos micrómetros de espesor o de nitruro de silicio  de 100 a 500 nm de espesor .

Es fundamental identificar y seleccionar las células con gran precisión. Esto se puede lograr mediante tinción celular y microscopía de fluorescencia , o bien sin tinción, utilizando técnicas como la microscopía de contraste de fase cuantitativa o la microscopía de contraste de fase. En definitiva, el objetivo es reconocer las células, seleccionarlas y colocarlas en la posición adecuada para su irradiación lo más rápido posible. Se han alcanzado velocidades de procesamiento de hasta 15 000 células por hora.

Es necesario contar las partículas con una alta eficiencia de detección para garantizar que se administre un número específico de iones a una sola célula. Generalmente, los detectores se pueden colocar antes o después del blanco que se va a irradiar. Si el detector se coloca después del blanco, el haz debe tener la energía suficiente para atravesarlo y alcanzarlo. Si se coloca antes del blanco, el detector debe tener un efecto mínimo sobre el haz. Cuando se detecta el número deseado de partículas, el haz se desvía o se interrumpe.

Las células vivas deben mantenerse en condiciones que no las estresen , evitando así una respuesta biológica indeseada. Normalmente, las células deben fijarse a un sustrato para que el sistema de imagen pueda determinar su posición. Los recientes avances en el control de la posición del haz y la obtención de imágenes a alta velocidad han hecho posible los sistemas de flujo continuo ( Flow and Shoot ).