Microscopía Revolucionaria Revela Detalles Celulares Sin Precedentes en Tiempo Real

• Científicos desarrollan un nuevo microscopio que puede imaginar dinámicas subcelulares en organismos multicelulares.
• Para hacerlo, han combinado microscopía de hoja de luz de rejilla y técnicas de óptica adaptativa.
• Pudieron observar el comportamiento de orgánulos mientras se forman dentro de las células, en tiempo real.

En 1665, Robert Hooke usó un microscopio para observar una pequeña porción de corcho y descubrió pequeños bloques, a los que llamó "células". Desde entonces, innumerables esfuerzos han sido hechos por muchas mentes innovadoras para proporcionar una mejor vista de estos bloques constructores de la vida.

Ahora investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard y el Instituto Médico Howard Hughes han desarrollado un microscopio avanzado que puede capturar detalles excepcionales, incluyendo imágenes 3D y videos de una célula viva.

La resolución del microscopio es capaz de imaginar dinámicas subcelulares en organismos multicelulares, como la dinámica de vesículas (burbujas microscópicas) que transportan carga molecular a través de células.

Desafíos

Durante más de 3 siglos, los investigadores han usado microscopios para observar células. Hasta ahora, las mejores visualizaciones se han obtenido de células aisladas en láminas de vidrio. Observar células en organismos multicelulares en tiempo real, sin embargo, ha permanecido como una tarea mucho más compleja.

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

¿Cómo Lo Hicieron?

Para lidiar con estos problemas, los investigadores combinaron 2 técnicas –

1. Microscopía de hoja de luz de rejilla que aumenta la velocidad de adquisición de imágenes mientras reduce el daño celular causado por fototoxicidad.
2. Óptica adaptativa que reduce las distorsiones del frente de onda entrante moldeando activamente un espejo. Se usa generalmente en telescopios astronómicos.

En la microscopía de hoja de luz de rejilla, una hoja de luz estructurada se usa para excitar fluorescencia en planos consecutivos de un espécimen. Esto produce una secuencia de imágenes 3D que proporciona información de 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 un array de cristal líquido o un espejo deformable.

Esquema simplificado del microscopio | Cortesía de los 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 hoja de luz de rejilla penetra un organismo multicelular, esta configuración mantiene la iluminación delgada de la hoja, generando imágenes sin distorsión de las células objetivo.

Referencia: ScienceMag | doi:10.1126/science.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 videos 3D totalmente interactivos.

Resultados

Célula cancerosa | Crédito: Rick Groleau y Kevin Jiang

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

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

Los investigadores pudieron visualizar (en tiempo real) el comportamiento de orgánulos mientras se forman dentro de las células. De hecho, capturaron 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 esta tecnología 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 Campus de Investigación Janelia, donde otros científicos podrán usarlo.