Medir el peso de una sola célula puede parecer un desafío imposible, ya que hablamos de magnitudes menores a un billonésimo de gramo. Sin embargo, los científicos llevan décadas ideando estrategias para responder a esta pregunta clave de la biología. Desde métodos rudimentarios en los años cincuenta, donde se filmaba a células de levadura hundiéndose en agua azucarada, hasta la creación de dispositivos microelectrónicos capaces de detectar variaciones de masa en femtogramos, la ciencia ha demostrado que incluso lo más diminuto puede medirse con precisión. El interés no es trivial: conocer el peso de una célula aporta información sobre su crecimiento, su fisiología y hasta sobre posibles alteraciones patológicas.

Los primeros intentos de pesar lo imposible

En 1953, dos biólogos de la Southern Illinois University decidieron averiguar cuánto pesa una célula de levadura. Contaban únicamente con un microscopio, una cámara y agua con azúcar. La idea se basaba en una ecuación de George Stokes, formulada un siglo antes, que describe cómo se hunde una esfera en un fluido. Su hipótesis era considerar la célula como una esfera perfecta y medir la velocidad de caída en un medio conocido. El resultado, publicado en un estudio patrocinado en parte por la cervecera Anheuser-Busch, estimó un peso medio de 79 picogramos por célula, un valor sorprendentemente cercano a los cálculos modernos que sitúan el peso alrededor de 100 picogramos.

Este método, aunque rudimentario, demostró la validez de aplicar principios de física clásica a problemas biológicos. El cálculo de fuerzas de flotación y resistencia de un fluido permitió, con recursos mínimos, obtener un dato que hoy sigue siendo utilizado como referencia.

El desafío de las bacterias: vibraciones que pesan

Si medir una levadura es complicado, pesar bacterias como Escherichia coli resulta aún más difícil por su forma de bastón y tamaño ínfimo, de apenas un picogramo por célula. En 2010, investigadores del MIT desarrollaron un dispositivo llamado suspended microchannel resonator (resonador de microcanal suspendido). Este aparato consiste en un canal hueco en forma de U que vibra como una cuerda de guitarra. Cuando una bacteria pasa a través del canal, la frecuencia de vibración cambia, y esa variación se relaciona directamente con la masa de la célula.

Gracias a esta tecnología se logró una precisión de femtogramos, es decir, mil veces más fina que un picogramo. Con este método, los científicos midieron 48 células de E. coli y obtuvieron un peso promedio de 0,55 picogramos. Además, pudieron observar el crecimiento celular en tiempo real, registrando incrementos de masa de entre 0,06 y 0,14 picogramos por hora a 37 °C.

Este avance no sólo permitió medir, sino también monitorizar dinámicamente procesos biológicos, lo que abre la puerta a estudios más precisos de crecimiento, metabolismo y respuesta celular a fármacos.

Células como objetos físicos

Con frecuencia se piensa en las células como entidades biológicas abstractas, pero son también objetos físicos con volumen, densidad y peso. Una célula de levadura, por ejemplo, pesa unas 100 veces más que una bacteria común. Comparadas con una partícula cotidiana, una célula de E. coli es 100 mil millones de veces más ligera que el límite de detección de una báscula de cocina. Esa magnitud, cercana al picogramo, pone en evidencia lo sofisticados que deben ser los métodos de medición.

El uso de unidades como el picogramo (10⁻¹² g) y el femtogramo (10⁻¹⁵ g) es fundamental para entender estas escalas. Además, medir el peso permite calcular el contenido de agua y de biomoléculas en cada célula, lo que proporciona datos valiosos sobre su estado fisiológico.

Enfoque en el producto principal: la física al servicio de la biología

El artículo de ZME Science destaca cómo estos estudios han pasado de la improvisación a la alta precisión. El suspended microchannel resonator del MIT es el mejor ejemplo de un producto tecnológico desarrollado específicamente para pesar células individuales. Este dispositivo combina microfabricación, dinámica de fluidos y análisis vibracional para detectar masas imposibles de registrar con métodos tradicionales. Su capacidad de medir con resolución de femtogramos convierte a este instrumento en una herramienta clave para la biología moderna.

Con él, no sólo se mide peso, también se monitoriza cómo varía la masa en función de factores externos, como cambios de temperatura, nutrientes disponibles o presencia de antibióticos. En este sentido, el aparato no es solo un medidor, sino un sensor que traduce procesos vitales en datos cuantificables.

Reflexiones adicionales

El interés por conocer cuánto pesa una célula no es un simple ejercicio de curiosidad. Los datos obtenidos ayudan a diseñar modelos más precisos de crecimiento bacteriano, a entender cómo responden los microorganismos a entornos hostiles o tratamientos médicos y a explorar el metabolismo en condiciones controladas. Esto tiene aplicaciones prácticas en la industria farmacéutica, en el estudio de patógenos y en biotecnología.

Además, la evolución de estos métodos refleja un punto clave de la investigación científica: el diálogo entre física e ingeniería con la biología. Sin el uso de ecuaciones de dinámica de fluidos o de vibraciones mecánicas, seguiríamos sin poder cuantificar con detalle algo tan básico como el peso de la vida misma.