Imágenes de las células: Un nuevo método permite ver con claridad y precisión el interior de las células
Los investigadores pueden ahora "ver" la estructura fina y la composición química de una célula humana con una claridad y precisión inigualables
Es la razón por la que Tiburón nadó fuera de la vista durante más de una hora e insinúa el glamour del papel de regalo. En los cines, en las salas de estar e incluso en los laboratorios, se puede contar con la emoción de lo que no se ve para mantenernos expectantes. Pero cuando se trata del mundo químico oculto de las células, los científicos ya no necesitan preguntarse.
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Inspirados por esta misma emoción, los investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas han desarrollado una forma innovadora de "ver" la estructura fina y la composición química de una célula humana con una claridad y precisión inigualables. Su técnica, publicada en PNAS, adopta un enfoque creativo -y contraintuitivo- para la detección de señales.
"La biología es una de las ciencias más apasionantes de nuestro tiempo porque siempre ha existido una brecha entre lo que podemos ver y lo que no", afirma Rohit Bhargava, profesor de bioingeniería de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign que dirigió el estudio.
Las células, que son las unidades funcionales más pequeñas de nuestro cuerpo, llevan mucho tiempo acaparando la atención de los investigadores interesados en determinar de qué están hechas y dónde reside cada elemento. Juntos, el "qué" y el "dónde" forman un plano celular polivalente que puede utilizarse para estudiar la biología, la química y los materiales, entre otras cosas.
Antes de este estudio, obtener una copia de alta resolución de ese plano era algo imposible.
"Ahora podemos ver el interior de las células con una resolución mucho más fina y con un detalle químico significativo con más facilidad que nunca", dijo Bhargava. "Este trabajo abre un abanico de posibilidades, entre ellas una nueva forma de examinar los aspectos químicos y físicos combinados que rigen el desarrollo y las enfermedades humanas".
El trabajo de los investigadores se basa en avances anteriores en el campo de la imagen química.
Mientras que la microscopía óptica utiliza luz visible para iluminar características superficiales como el color y la estructura, la imagen química utiliza luz infrarroja invisible para revelar el funcionamiento interno de una muestra.
Cuando una célula se expone a la luz infrarroja, su temperatura aumenta y se expande. Sabemos por las gafas de visión nocturna que no hay dos objetos que absorban las longitudes de onda IR exactamente de la misma manera; comparar un caniche con un banco del parque es prueba suficiente de que los objetos más calientes emiten señales IR más fuertes que los más fríos. Lo mismo ocurre en el interior de una célula, donde cada tipo de molécula absorbe la luz IR en una longitud de onda sutilmente diferente y emite una firma química única. El examen de los patrones de absorción -un método llamado espectroscopia- permite a los investigadores localizar el paradero de cada una de ellas.
A diferencia de las gafas de visión nocturna, los investigadores no analizan los patrones de absorción como un espectro de colores. En su lugar, interpretan las ondas IR con un detector de señales: un diminuto rayo fijado al microscopio en un extremo, con una fina punta que raspa la superficie de la célula como la aguja a nanoescala de un tocadiscos.
Las innovaciones en materia de espectroscopia de la última década se han centrado en aumentar progresivamente la intensidad de las longitudes de onda IR iniciales.
"Es un enfoque intuitivo porque estamos condicionados a pensar que las señales más grandes son mejores. Pensamos: 'Cuanto más fuerte sea la señal IR, más alta será la temperatura de la célula, más se expandirá y más fácil será verla'", explica Bhargava.
Este planteamiento esconde un importante contratiempo. A medida que la célula se expande, el movimiento del detector de señales se hace más exagerado y genera "ruido": la llamada estática que impide realizar mediciones químicas precisas.
"Es como subir el dial de una emisora de radio estática: la música sube de volumen, pero también lo hace la estática", explica Seth Kenkel, investigador postdoctoral del laboratorio del profesor Bhargava y autor principal del estudio.
En otras palabras, por muy potente que fuera la señal de infrarrojos, la calidad de la imagen química no podía avanzar.
"Necesitábamos una solución que impidiera que el ruido aumentara junto con la señal", dijo Kenkel.
El remedio de los investigadores para las imágenes celulares ruidosas funciona separando la señal IR del movimiento del detector, lo que permite la amplificación sin el ruido añadido.
En lugar de concentrar sus energías en la señal de infrarrojos más potente posible, los investigadores empezaron a experimentar con la señal más pequeña que podían manejar, asegurándose de que podían aplicar eficazmente su solución antes de aumentar la intensidad. Aunque es "contrario a la intuición", según Kenkel, empezar por lo más pequeño permitió a los investigadores honrar una década de investigación en espectroscopia y sentar las bases fundamentales para el futuro de este campo.
Bhargava compara el planteamiento con un viaje por carretera que se ha torcido.
"Imagínese que los investigadores de espectroscopia estuvieran en un coche y se dirigieran al Gran Cañón. Por supuesto, todos pensarían que cuanto más rápido se mueva el coche, más rápido llegarán a su destino. Pero el problema es que el coche se dirige al este de Urbana", dijo.
Aumentar la velocidad del hipotético coche es análogo a reforzar la señal de infrarrojos.
"Paramos, miramos un mapa y apuntamos el coche en la dirección correcta. Ahora, el aumento de la velocidad -la señal aumentada- puede hacer avanzar el campo de forma efectiva".
El "mapa" de los investigadores permite obtener imágenes químicas y estructurales de alta resolución de las células a nanoescala, una escala 100.000 veces menor que la de un cabello. En particular, esta técnica no requiere el etiquetado fluorescente, es decir, el teñido de las moléculas para aumentar su visibilidad bajo el microscopio.
Aunque las instalaciones de la Suite de Microscopía de Beckman fueron fundamentales para la fase experimental del estudio, la idea en sí no surgió de una tecnología sofisticada, sino de una cultura que apoyaba la curiosidad, la resolución de problemas no convencionales y las perspectivas diversas.
"Por eso el Instituto Beckman es un lugar increíble", dijo Bhargava. "Este proyecto necesitaba ideas de la espectroscopia, de la ingeniería mecánica, del procesamiento de señales y, por supuesto, de la biología. No se pueden combinar estos campos a la perfección en otro lugar que no sea Beckman. Este estudio es un ejemplo clásico de la mezcla de ciencia interdisciplinar de Beckman en la vanguardia de la ciencia y la tecnología avanzadas."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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