Avances ante enfermedades y uso de fármacos: así es el microscopio que permite la observación de células vivas en tiempo real

La reciente creación de un microscopio por parte de la Universidad de Stanford marcó un hito en la observación de células vivas al permitir mostrar, con un grado de detalle inédito, la interacción de estructuras celulares en tiempo real y sin utilizar etiquetas fluorescentes.

Esto habilita a los investigadores a captar procesos con una resolución de 120 nanómetros, la máxima alcanzada hasta la fecha por técnicas libres de marcadores. Esta innovación promete transformar el estudio de los mecanismos celulares bajo condiciones naturales y abrir la puerta a avances en áreas como el desarrollo de fármacos, la investigación de enfermedades y la comprensión de interacciones entre organismos, según informó Stanford University.

Este instrumento, designado como la Microscopía Interferométrica de Barrido de Imágenes (iISM), ha comenzado a aplicarse en diversas investigaciones colaborativas dentro de Stanford. En los primeros experimentos, los científicos han utilizado el iISM para analizar la interacción entre células vegetales, hongos y bacterias en tiempo real, observar la absorción de medicamentos anticancerígenos en células y explorar la transformación de glóbulos rojos durante una infección de malaria.

La tecnología desarrollada por los equipos de W.E. Moerner, profesor de química Harry S. Mosher y premio Nobel de química 2014, y Michelle Kueppers, investigadora postdoctoral, otorga la posibilidad de observar a múltiples estructuras celulares moviéndose, interactuando y modificándose al mismo tiempo, sin necesidad de marcadores fluorescentes.

Una de las características del iISM es su capacidad para funcionar con niveles de iluminación mucho inferiores a los de otras tecnologías de microscopía de alto contraste sin etiquetas. Esto minimiza los riesgos de fotodaño en células vivas y reduce la probabilidad de alterar las delicadas estructuras bajo observación.

La primera autora del estudio, Michelle Kueppers, señaló la importancia de combinar diferentes enfoques: “Cada método tiene sus ventajas y desventajas, y creemos en una implementación complementaria en el futuro. Si aprovechamos las ventajas de la fluorescencia para la especificidad molecular y la potencia del iISM para el contexto y la dinámica sin marcadores, realmente podemos empezar a abordar cuestiones que antes eran difíciles de abordar”.

Una innovación que supera las limitaciones de los métodos convencionales

El microscopio iISM fue concebido a partir de la integración de dos enfoques de microscopía avanzados. Primero, utiliza el principio de dispersión interferométrica, donde la luz láser incide sobre la célula y las pequeñas estructuras interiores dispersan parte de esa luz. Un segundo haz amplifica la señal dispersa y permite detectar y visualizar estructuras minúsculas, al aprovechar el fenómeno físico que produce el color azul del cielo.

Por otra parte, el iISM integra un concepto de los microscopios confocales de última generación. Esta técnica sustituye el orificio y detector único tradicionales por matrices de detectores basados en cámaras, lo que posibilita captar simultáneamente decenas o cientos de imágenes desde una misma zona, similar a cómo múltiples ojos humanos distinguirían profundidad en la visión. Los desarrolladores crearon un método para combinar estas mediciones, al lograr imágenes más nítidas y de mayor contraste en comparación con tecnologías previas.

La resolución de cerca de 120 nanómetros posibilita observar detalles imposibles de captar con sistemas sin etiquetas convencionales. Además, el iISM proporciona acceso sostenido a la dinámica intrínseca de las células vivas, al mantener la velocidad de captura de imágenes.

Aplicaciones nuevas en ciencias de la vida

Las ventajas del iISM respecto de técnicas tradicionales de fluorescencia son numerosas: este microscopio permite visualizar simultáneamente muchas estructuras, mientras que los métodos convencionales apenas pueden destacar unas pocas a la vez, debido a la decoloración de los marcadores y a las dificultades en su introducción. Además, el uso de marcadores puede modificar el comportamiento natural de las células bajo estudio, lo que se evita con este nuevo enfoque.

Moerner y Kueppers han comenzado colaboraciones para expandir su utilización más allá del entorno inmediato de Stanford. El instrumento ha sido clave en la observación en tiempo real de la relación entre células vegetales, hongos y bacterias; en estudios sobre la absorción de fármacos anticancerosos; y en el seguimiento de la respuesta morfológica de glóbulos rojos frente al parásito de la malaria.

Kueppers puntualizó: “Esta no es una técnica de nicho. Tiene amplias aplicaciones, y esperamos que sea de gran utilidad para la comunidad de las ciencias de la vida, dando lugar a numerosos descubrimientos nuevos”.