Del microscopio convencional a la escala nanométrica
Observar cómo se organizan las moléculas dentro de una célula requiere herramientas capaces de ir mucho más allá de lo que permite un microscopio óptico convencional. Un equipo de investigadores del Instituto Clemente Estable desarrolló una estrategia para transformar un microscopio de fluorescencia convencional en una plataforma de microscopía de superresolución capaz de localizar moléculas individuales con una precisión inferior a 10 nanómetros.
El trabajo, publicado el 8 de octubre en la revista Communications Engineering, presenta un nuevo sistema de estabilización de foco diseñado para mejorar el desempeño de técnicas de microscopía de localización de molécula única, como DNA-PAINT y (d)STORM. Estas técnicas permiten estudiar la organización de moléculas en las células con una resolución muy superior a la de la microscopía de fluorescencia convencional.
El desarrollo estuvo a cargo de un equipo integrado por Joaquín Garat y José Sotelo, del Departamento de Genómica del Instituto Clemente Estable, y por Carolina Oliveira y Andrés Di Paolo, quienes al momento del trabajo integraban la Plataforma de Microscopía Confocal y Epifluorescencia del instituto. El proyecto se realizó en colaboración con Luciano Masullo, del Instituto de Biología y Medicina Experimental, Argentina, y contó además con la participación de investigadores de otras instituciones de Uruguay.
La microscopía de superresolución permite observar estructuras celulares a escala nanométrica, pero los sistemas especializados pueden ser complejos y costosos. Una de las principales contribuciones de este trabajo es justamente buscar una alternativa más accesible: aprovechar un microscopio de epifluorescencia convencional, un equipamiento disponible en numerosos laboratorios, y adaptarlo para realizar estudios de superresolución.
El sistema incorpora tres módulos principales: uno que permite ajustar la forma en que se ilumina la muestra para obtener una mejor relación señal/ruido; un mecanismo de estabilización del foco, que mantiene la muestra en la posición adecuada durante la adquisición de imágenes; y una pieza impresa en 3D que incorpora elementos ópticos para obtener información en tres dimensiones de la muestra.
Además, fue pensado para que pueda ser implementado sin necesidad de conocimientos avanzados en óptica. Uno de los aspectos más novedosos es el sistema de estabilización del foco, que funciona con una simple cámara web que cuesta unos 5 dólares. Gracias a él, la muestra se mantiene prácticamente inmóvil durante horas, algo fundamental para obtener imágenes a esta escala.
Su desempeño fue evaluado con estructuras de origamis de ADN en dos y tres dimensiones, y con muestras de neuronas en las que se visualizaron simultáneamente cuatro moléculas diferentes. Los resultados mostraron que la plataforma permite localizar moléculas individuales con una precisión menor a 10 nanómetros, con una calidad comparable a la de equipos especializados de última generación.
Este equipo fue el primer microscopio de superresolución del país, y su costo es al menos diez veces menor que el de los equipos comerciales más económicos con esta capacidad. Esto abre la posibilidad de ampliar el acceso a herramientas que permiten estudiar la organización molecular de las células a una escala difícil de alcanzar con la microscopía convencional.
El trabajo publicado ahora es parte de un proceso de desarrollo de la microscopía de superresolución que el Instituto Clemente Estable viene impulsando desde hace varios años. La plataforma permite abordar preguntas de investigación que requieren conocer no solo dónde se encuentra una molécula dentro de una célula, sino también cómo se organiza en relación con otras.
Las aplicaciones incluyen el estudio de muestras neuronales y de procesos biológicos en los que la distribución espacial de moléculas resulta clave para comprender el funcionamiento celular.
El nuevo trabajo muestra así cómo el desarrollo de herramientas científicas puede ampliar las posibilidades de investigación: a partir de equipamiento convencional y mediante el diseño y la optimización de componentes específicos, es posible construir capacidades de observación a escala nanométrica.
El artículo Converting a conventional fluorescence microscope into a high-performance platform for sub-10-nm single-molecule localization microscopy [Conversión de un microscopio de fluorescencia convencional en una plataforma de alto rendimiento para microscopía de localización de moléculas individuales con resolución inferior a 10 nm] fue publicado en Communications Engineering y tiene como autores a Joaquín Garat, Carolina Oliveira, Marcel Bentancor, Florencia Arredondo, José Sotelo, Luciano Masullo y Andrés Di Paolo.
Fuente: MEC.