MADRID, 3 Ene. (EUROPA PRESS) -
Las innovaciones en microscopía de expansión permiten ahora obtener imágenes sin precedentes del interior de las células y otras estructuras a nanoescala. Estos avances podrían ayudar a comprender mejor la neurociencia, la patología y muchos otros campos de la biología y la medicina, según publican los investigadores en la revista 'Nature Biotechnology'.
En el estudio, colaboradores de la Universidad Carnegie Mellon, la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Brown, en Estados Unidos describen nuevos protocolos para la denominada 'Magnify'. "Magnify puede ser una herramienta potente y accesible para la comunidad biotecnológica", afirma Yongxin (Leon) Zhao, catedrático asociado de Ciencias Biológicas de la Eberly Family Career Development.
El Laboratorio de Biofotónica de Zhao es líder en el campo de la obtención de imágenes de superresolución de muestras biológicas mediante la expansión física de las muestras en un proceso conocido como microscopía de expansión.
Mediante este proceso, las muestras se incrustan en un hidrogel hinchable que se expande homogéneamente para aumentar la distancia entre moléculas, lo que permite observarlas con mayor resolución. Esto permite observar con herramientas de microscopía estándar estructuras biológicas a nanoescala que antes sólo podían verse con costosas técnicas de imagen de alta resolución.
Magnify es una variante de la microscopía de expansión que permite a los investigadores utilizar una nueva fórmula de hidrogel, inventada por el equipo de Zhao, que retiene un espectro de biomoléculas, ofrece una aplicación más amplia a diversos tejidos y aumenta la velocidad de expansión hasta 11 veces linealmente o unas 1.300 veces el volumen original.
"Hemos superado algunos de los antiguos retos de la microscopía de expansión --resalta Zhao--. Uno de los principales argumentos de venta de Magnify es la estrategia universal para mantener las biomoléculas del tejido, incluidas proteínas, fragmentos de núcleo y carbohidratos, dentro de la muestra expandida".
Según Zhao, mantener intactos los distintos componentes biológicos es importante porque los protocolos anteriores exigían eliminar muchas biomoléculas diversas que mantenían unidos los tejidos. Pero estas moléculas podrían contener información valiosa para los investigadores.
"En el pasado, para que las células fueran realmente expandibles, era necesario utilizar enzimas para digerir las proteínas, por lo que al final se obtenía un gel vacío con etiquetas que indicaban la ubicación de la proteína de interés", expliaó. Con el nuevo método, las moléculas se mantienen intactas, y se pueden etiquetar múltiples tipos de biomoléculas en una sola muestra.
"Antes era como hacer preguntas de elección única. Si quieres etiquetar proteínas, ése sería el protocolo de la versión uno. Si se querían marcar núcleos, era otra versión --explica--. Si se querían obtener imágenes simultáneas, era difícil. Ahora, con Magnify, se pueden elegir varios elementos para etiquetar, como proteínas, lípidos y carbohidratos, y obtener imágenes de ellos a la vez".
Aleksandra Klimas, investigadora postdoctoral y coautora del estudio junto a Brendan Gallagher, estudiante de doctorado, explica que "se trata de una forma accesible de obtener imágenes de especímenes en alta resolución. Tradicionalmente, se necesitan equipos caros, reactivos específicos y formación --añade--, pero este método es ampliamente aplicable a muchos tipos de preparaciones de muestras y puede visualizarse con los microscopios estándar que se tienen en un laboratorio de biología".
Gallagher, que tiene experiencia en neurociencia, explica que su objetivo era hacer los protocolos lo más compatibles posible para los investigadores que pudieran beneficiarse de la adopción de la Magnify como parte de sus kits de herramientas.
"Uno de los conceptos clave que tratamos de tener en cuenta fue llegar a los investigadores donde están y hacer que cambien el menor número posible de cosas en sus protocolos --apunta Gallagher--. Funciona con distintos tipos de tejidos, métodos de fijación e incluso tejidos conservados y almacenados. Es muy flexible, en el sentido de que no es necesario rediseñar por completo los experimentos teniendo en cuenta Magnify; funcionará con lo que ya se tiene".
Para investigadores como Simon Watkins, fundador y director del Centro de Imágenes Biológicas de la Universidad de Pittsburgh y el Instituto Oncológico de Pittsburgh, el hecho de que el nuevo protocolo sea compatible con una amplia gama de tipos de tejido -incluidas secciones de tejido conservadas- es importante. Por ejemplo, la mayoría de los métodos de microscopía de expansión están optimizados para el tejido cerebral. En cambio, Magnify se probó en muestras de diversos órganos humanos y sus correspondientes tumores, como mama, cerebro y colon.
"Supongamos que tenemos un tejido con componentes densos y no densos: Magnify se adapta a tejidos que antes no se expandían isométricamente--indica Watkins--. Leon ha estado trabajando duro en esto para hacer que este protocolo funcione con tejidos que han sido archivados".
Xi (Charlie) Ren, profesor asistente de ingeniería biomédica en Carnegie Mellon, estudia el tejido pulmonar y cómo modelar su morfogénesis y patogénesis. Parte de su investigación consiste en estudiar los cilios móviles que sirven para eliminar la mucosidad en las vías respiratorias conductoras humanas.
Con 200 nanómetros de diámetro y unos pocos micrómetros de longitud, estas estructuras son demasiado pequeñas para verlas sin una tecnología que requiere mucho tiempo, como la microscopía electrónica. En colaboración con el laboratorio de Zhao, el equipo de Ren desarrolló y suministró modelos de organoides pulmonares con defectos específicos en la ultraestructura y la función de los cilios para validar la capacidad de Magnify de visualizar la patología de los cilios clínicamente relevante.
"Con las últimas técnicas de Magnify, podemos ampliar esos tejidos pulmonares y empezar a ver parte de la ultraestructura de los cilios móviles incluso con un microscopio normal, lo que agilizará las investigaciones básicas y clínicas", afirma.
Los investigadores también pudieron observar defectos en los cilios de células pulmonares de pacientes con mutaciones genéticas conocidas.
"La comunidad de ingeniería de tejidos pulmonares siempre necesita una forma mejor de caracterizar el sistema tisular con el que trabajamos", subraya Ren, quien añade que este trabajo es un primer paso importante y que espera que la colaboración con el laboratorio de Zhao se perfeccione aún más y se aplique a las muestras de patología que se encuentran en los bancos de tejidos.
Por último, el hidrogel utilizado en Magnify y desarrollado en el laboratorio de Zhao es más robusto que su predecesor, que era muy frágil y provocaba roturas durante el proceso.
"Esperamos desarrollar esta tecnología para hacerla más accesible a la comunidad -comenta--. Esto puede ir en distintas direcciones. Hay mucho interés en utilizar este tipo de tecnología de expansión tisular para la ciencia básica".
Alison Barth, catedrática Maxwell H. y Gloria C. Connan de Ciencias de la Vida en Carnegie Mellon, que estudia la conectividad sináptica durante el aprendizaje, apunta que las amplias aplicaciones que ofrecen los nuevos métodos serán una gran ayuda para los investigadores.
"El cerebro es un lugar ideal para aprovechar estas técnicas de superresolución --explica Barth, que colabora con el laboratorio Zhao en varios proyectos de investigación--. Uno de los principales avances de este trabajo es la capacidad del método para trabajar con muchos tipos diferentes de muestras de tejido".
