Últimos avances en microscopia

Gracias a los investigadores ganadores del novel de Química en 2014 W.E Moerner y Eric Betzig se han logrado importantes avances en el desarrollo de microscopios de fluorescencia de súper resolución (también conocida como confocal), la cual ha generado revolucionarios avances en las imágenes científicas en la última década.

Anteriormente los microscopios ópticos tenían limitado su enfoque y claridad por el límite de difracción a especímenes mayores a 250nm es que cerca de la mitad de la longitud de onda de la luz visible. Mientras con la microscopía se intenta observar objetos cada vez más pequeños dentro de la célula u otros materiales, estos podrían aparecer aún grandes debido al fenómeno de difracción óptica. Por ejemplo, un solo punto de origen se puede ver como una gigantesca pelusa de 250nm cuando en realidad tiene entre 20 y 40 nm.

Aunque las tecnologías de microscopía electrónica y los rayos X pueden mejorar este nivel de detalle, estas técnicas requieren que los científicos maten la célula para desarrollar la observación, lo que no es de mucha utilidad en la investigación biológica.

Mediante la afinación de la luz fluorescente, Moerner y Betzig (trabajando separadamente) fueron capaces de superar este límite y sentaron las bases para la observación de moléculas individuales mediante microscopia.

El método se fundamenta en la habilidad de activar la fluorescencia a moléculas individuales y después desactivarla. Los científicos observan la misma área varias veces dejando que solo unas pocas moléculas brillen cada vez. Posteriormente superponen las imágenes logrando una imagen con altísima resolución a nivel nano.

“Mi laboratorio fue el primero en detectar ópticamente una sola molécula” Explica el Dr. Moerner a los entrevistadores que lo abordaron en el recientemente “Desde entonces hemos estado explorando moléculas individuales en cada forma que podemos imaginarnos. Al principio los experimentos fueron basados en Helio líquido y relacionados al almacenamiento óptico. A mediados de los 90 nos cambiamos a experimentos a temperatura ambiente, observando cualquier cosa en el campo y allí fue cuanto pudimos iniciar el uso de los métodos de observación de imágenes de moléculas individuales en células y polímeros”.

Moerner ha ayudado a revelar detalles claves de como las proteínas de Huntington (enfermedad degenerativa neuronal de Huntington o mal de San Vito) dañan el cerebro, de cómo las proteínas de las bacterias regulan la replicación del DNA y la división celular en tiempo y espacio, y la estructura precisa de la antena celular (cilio principal), que si muta, puede generar varias enfermedades en humanos, entre otros descubrimientos.

Actualmente su laboratorio en la universidad de Stanford trabaja con moléculas individuales, tanto para investigar estructuras biológicas, como para observar y hacer seguimiento de objetos en experimentos dinámicos, revelando como el movimiento de una sola molécula indica qué está pasando en el interior de la célula.

Otro de los grandes avances del laboratorio del Dr. Moerner es el desarrollo de formas avanzadas para tomar imágenes de moléculas en tres dimensiones.

El Novel y su equipo han inventado nuevas formas de lograr imágenes 3D usando la manipulación de la función de dispersión del punto que tiene el microscopio y manipulando la respuesta fundamental del microscopio usando componentes ópticos por fuera de la unidad.

“Nuestro principal propósito con todo esto es llegar a ser lo más cuantitativos posible”, dice Moerner “Queremos generar imágenes que tengan la mejor precisión y exactitud posible”.

La interpretación cuantitativa de las imágenes de súper resolución es el principal enfoque de campo hoy día, agrega Bo Huang, profesor asociado de Bioquímica y Biofísica en la Universidad de California, San Francisco.

En adición a la interpretación cuantitativa, El laboratorio de Huang está también trabajando en la aplicación de la microscopía de súper resolución a estudios de estructura biológica. Específicamente ellos están desarrollando microscopios de súper resolución y de lámina de luz que pueden visualizar estructuras sub celulares con mayor resolución espacial, registrando comportamientos celulares de largo termino y seguimiento de células en animales intactos.

Como cualquier técnica joven – o vieja para este caso- existen aún cuellos de botella y desafíos para la microscopia de súper resolución. Moerner indica la necesidad de mejores fluoroforos que emitan más fotones desde cada molécula individual, mientras que Huang lamenta el extenso periodo de tiempo que toma crear las imágenes en vivo de células y tejidos.

Mientras obviamente es muy usada en estudios biológicos, existen algunas áreas de investigación donde la microscopia de súper resolución tiene potencial enorme pero ha sido poco usado hasta ahora, incluyendo: Polímeros, geles y ciencia de las separaciones, de acuerdo a Moerner.

“Mi aspiración es que, tecnológicamente, la microscopia de súper resolución se hará más madura y el laboratorio usará está técnica más como una técnica estándar, como la microscopia confocal”, Huang dice: “Toma una cantidad de esfuerzo llevar una técnica desde algo muy avanzado en el laboratorio a algo que todo el mundo puede usar. Al final, podría no ser la microscopia de súper resolución la que podamos conducir al logro de imágenes de células y tejidos en Vivo. Pero muchos de los conceptos que hemos desarrollado para la microscopia de súper resolución se podrán compartir con los de otras técnicas para crear la próxima generación de métodos que superen estos desafíos y finalmente entiendan cómo se comportan las cosas en los organismos vivos”

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