New tools to study biophysical properties of single molecules and single cells

We present a review on two new tools to study biophysical properties of single molecules and single cells. A laser incident through a high numerical aperture microscope objective can trap small dielectric particles near the focus. This arrangement is named optical tweezers. This technique has the advantage to permit manipulation of a single individual object. We use optical tweezers to measure the entropic elasticity of a single DNA molecule and its interaction with the drug Psoralen. Optical tweezers are also used to hold a kidney cell MDCK away from the substrate to allow precise volume measurements of this single cell during an osmotic shock. This procedure allows us to obtain information about membrane water permeability and regulatory volume increase. Defocusing microscopy is a recent technique invented in our laboratory, which allows the observation of transparent objects, by simply defocusing the microscope in a controlled way. Our physical model of a defocused microscope shows that the image contrast observed in this case is proportional to the defocus distance and to the curvature of the transparent object. Defocusing microscopy is very useful to study motility and mechanical properties of cells. We show here the application of defocusing microscopy to measurements of macrophage surface fluctuations and their influence on phagocytosis.Apresentamos uma revisão de duas novas técnicas para estudar propriedades biofísicas de moléculas únicas e células únicas. Um laser incidindo em uma objetiva de microscópio de grande abertura numérica é capaz de aprisionar pequenas partículas dielétricas na região próxima ao foco. Este aparato é chamado de pinça óptica. Esta técnica tem a grande vantagem de permitir a manipulação de um objeto individual. Usamos a pinça óptica para medir a elasticidade entrópica de uma molécula única de DNA em sua interação com o fármaco Psoralen. A pinça óptica também é usada para segurar uma célula renal MDCK fora do substrato, permitindo medidas precisas do volume dessa célula única durante um choque osmótico. Este processo nos permite obter informações sobre a permeabilidade osmótica da membrana e o crescimento do volume regulatório. A microscopia de desfocalização é uma técnica recente inventada em nosso laboratório, que nos permite observar objetos transparentes simplesmente desfocalizando o microscópio de uma maneira controlada. Nosso modelo físico de um microscópio desfocalizado mostra que o contraste da imagem observado neste caso é proporcional à distância da desfocalização e à curvatura do objeto transparente. A microscopia de desfocalização é muito útil para estudar a motilidade e as propriedades mecânicas das células. Mostramos aqui a aplicação da microscopia de desfocalização em medidas de flutuações na superfície de macrófagos e sua influência na fagocitose