La microscopía revolucionaria revela detalles celulares sin precedentes en tiempo real

• Los científicos desarrollan un nuevo microscopio que puede obtener imágenes de la dinámica subcelular en organismos multicelulares. 
• Para ello, han combinado técnicas de microscopía de lámina de luz de celosía y óptica adaptativa. 
• Pudieron observar el comportamiento de los orgánulos a medida que se moldean dentro de las células, en tiempo real. 

En 1665, Robert Hooke utilizó un microscopio para observar un pequeño trozo de corcho y descubrió pequeños bloques a los que llamó “células”. Desde entonces, muchas mentes innovadoras han realizado innumerables esfuerzos para ofrecer una mejor visión de estos componentes básicos de la vida.

Ahora, investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard y del Instituto Médico Howard Hughes han desarrollado un microscopio avanzado que puede capturar detalles excepcionales, incluidas imágenes y vídeos en 3D de una célula viva.

La resolución del microscopio es capaz de obtener imágenes de la dinámica subcelular en organismos multicelulares, como la dinámica de las vesículas (burbujas microscópicas) que transportan carga molecular a través de las células.

Desafíos

Durante más de tres siglos, los investigadores han utilizado microscopios para observar las células. Hasta ahora, las mejores visualizaciones se han obtenido a partir de células aisladas en portaobjetos de vidrio. Sin embargo, observar células en organismos multicelulares en tiempo real sigue siendo una tarea mucho más compleja.

La mayoría de las veces, las células diana están rodeadas de estructuras moleculares o tejidos que perturban el haz de luz que entra y regresa al objetivo del microscopio, borrando los detalles cruciales. El uso de un haz potente no es una solución perfecta porque podría dañar/distorsionar parcialmente los tejidos y otras estructuras moleculares.

Entonces, ¿cómo lo hicieron?

Para abordar estos problemas, los investigadores combinaron dos técnicas:

1. Microscopía de lámina de luz reticular que aumenta la velocidad de adquisición de imágenes al tiempo que reduce el daño celular causado por la fototoxicidad.
2. Óptica adaptativa que reduce las distorsiones del frente de onda entrante al dar forma activa a un espejo. Generalmente se utiliza en telescopios astronómicos.

En la microscopía de lámina de luz reticular, se utiliza una lámina de luz estructurada para excitar la fluorescencia en los planos consecutivos de una muestra. Esto produce una secuencia de imágenes en 3D que proporciona información sobre los procesos biológicos dinámicos.

Mientras que la óptica adaptativa funciona analizando las distorsiones del frente de onda y compensándolas con un instrumento que corrige esos errores como una matriz de cristal líquido o un espejo deformable.

Esquema simplificado del microscopio | Cortesía de investigadores

Aplicaron estos principios en el campo de la microscopía con la ayuda de un láser de dos fotones que genera una configuración de óptica adaptativa. A medida que la lámina de luz reticular penetra en un organismo multicelular, esta configuración mantiene la fina iluminación de la lámina, generando imágenes sin distorsiones de las células objetivo.

Referencia:ScienceMag | doi:10.1126/ciencia.aaq1392 | Universidad de Harvard 

Luego validaron este microscopio en varias muestras biológicas y desarrollaron herramientas esenciales que visualizan la información de manera efectiva. Esto incluye vídeos 3D totalmente interactivos.

Resultados

Célula cancerosa | Crédito:Rick Groleau y Kevin Jiang

Como ya habrás adivinado, los resultados fueron muy impresionantes. Puede ver en la imagen que una célula cancerosa [mostrada en verde] abriéndose paso a través de la pared del vaso sanguíneo [púrpura] es claramente visible. La siguiente imagen muestra las células de un ojo de pez cebra en 3D.

Células del ojo del pez cebra | Crédito: Liu et al

Los investigadores pudieron visualizar (en tiempo real) el comportamiento de los orgánulos a medida que se moldean dentro de las células. De hecho, capturaron los detalles casi moleculares de la endocitosis mediada por receptores, un proceso en el que las células absorben hormonas, metabolitos y otras proteínas.

¿Qué sigue?



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Los investigadores ahora están trabajando para hacer que esta tecnología sea simple y menos costosa. El sistema actual cabe en una mesa de 3 metros de largo. La próxima versión sería compacta y asequible. Además, el primer microscopio se instalará en el Janelia Research Campus, donde otros científicos podrán utilizarlo.