La nueva técnica es barata y aumenta cuatro veces y media el tamaño con solo añadir agua a las muestras.
La capacidad para observar las células y las estructuras que las componen está limitada por la potencia de las lentes de aumento de los microscopios. Los avances han sido importantes, pero aun así a menudo las estructuras de interés del interior de las células son demasiado pequeñas para la resolución incluso de la microscopía de fluorescencia estándar. La microscopía de fluorescencia de superresolución ha demostrado ser una herramienta de gran valor. No en vano sus creadores recibieron el Nobel de Química en 2014. Pero los equipos son caros y no todos los laboratorios de investigación pueden disponer de ellos.
Para resolver este “pequeño” inconveniente, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han decidido agrandar las células. Como si se trata de la versión científica de la película “Cariño, he agrandado a los niños”, los científicos del MIT, en lugar de aumentar la capacidad de resolución de los microscopios, han optado por ampliar físicamente las propias células para verlas mejor. ¿Cómo? Con una tecnología que está presente en muchos hogares: las partículas superabsorbentes de los pañales de los bebés.
El resultado ha sido espectacular. Han conseguido ampliar cuatro veces y media el tamaño de las estructuras celulares y tomar imágenes en superresolución del interior de las células del cerebro. La técnica, que han llamado microscopía de expansión, facilitará a los científicos la toma de imágenes a gran resolución de tejidos sanos y enfermos de todo el cuerpo hasta ahora vetada a los microscopios confocales. La nueva técnica, sencilla y barata, la detallan en la revista Science.
Los pañales entran en juego
Los investigadores descubrieron que si ligaban las proteínas de las células del cerebro a una malla de poliacrilato de sodio, un polímero superabsorbente utilizado en los pañales, y añadían agua, la malla se hinchaba y expandía. A la vez arrastraba los los complejos de proteínas, que también aumentaban sin sufrir daños en su disposición y estructura. Gracias a esta ingeniosa idea, podían ver detalles submicroscópicas de las estructuras celulares previamente ocultos.
De esta forma, en lugar de comprar un nuevo microscopio para tomar imágenes con una resolución de nanoescala, los científicos pueden ahora tomar imágenes con un microscopio convencional, simplemente haciendo la muestra más grande. Un ingeniosa solución muy útil en estos tiempos de crisis.
Avance ingenioso
“La microscopía de expansión es un punto de inflexión potencial. Este tipo de innovación tan original amplía la capacidad de los microscopios utilizados en la comunidad científica para explorar la estructura fina del sistema nervioso sano y enfermo”, apunta Walter Koroshetz, director en funciones de los NIH de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares. Los NIH han financiado parcialmente esta investigación.
Para demostrar el potencial de la técnica, los científicos tomaron fotos de las de células antes y después de la expansión. También desarrollaron una molécula especial de marcaje que les permitía a la vez visualizar los complejos de proteínas y unirlos a las mallas superabsorbentes.
Realizaron experimentos tanto en cortes de cerebro de roedores como en células cultivadas en placas de Petri. En cada caso, fijaron las proteínas de la célula con formaldehído y luego separaron delicadamente las células de las membranas grasas que las rodean, para mejorar la visibilidad, antes de tratarlas con moléculas marcadoras.
La «magia» del agua
Tomaron imágenes de las células con un microscopio de alta potencia diseñado para captar los detalles finos de las proteínas. Luego aplicaron el acrilato y lo polimerizaron para formar una malla expandible. Después lograron expandir estas estructuras 100 veces en volumen simplemente añadiendo agua. Tras la expansión, volvieron a tomar fotografías de las mismas ubicaciones utilizando un microscopio de menor potencia. La “microscopía de expansión” mejoró la capacidad de resolución de este segundo microscopio menos potente. Ahora era posible ver más claramente los dos lados de las sinapsis, los puntos de comunicación entre las células nerviosas.
“Nuestros resultados muestran que podemos escanear grandes trozos de tejido cerebral con precisión nanométrica (la millonésima parte de un milímetro). Creemos que esto se puede aplicar a una variedad de tejidos y ayudar a responder a una gran cantidad de preguntas en la ciencia y la medicina”, resaltan los investigadores, que en el futuro planean probar formas de combinar la técnica con otros métodos de visualización para estudiar las enfermedades del tejido cerebral humano.
La técnica supone una ventaja frente a los microscopios de superresolución actuales, que funcionan mejor con muestras pequeñas y delgadas, y con los que se tarda mucho tiempo en obtener imágenes de muestras grandes. Una laguna que salva esta nueva técnica de expansión: “Si quiere mapear el cerebro, entender cómo se organizan la células cancerosas en un tumor metastásico, o visualizar cómo las células inmunitarias atacan órganos específicos en las enfermedades autoinmunes, hay que mirar a una gran porción de tejido con precisión de nanoescala”, resaltan los investigadores. Y su técnica, aseguran, permitirá hacerlo.