Al reemplazar las moléculas fluorescentes en un proceso de imagen existente con otras que dispersan la luz, los investigadores han revelado un nivel completamente nuevo de detalles deslumbrantes dentro de nuestras células vivas.
El ajuste innovador permitirá a los científicos observar directamente el comportamiento molecular durante un período mucho más largo, abriendo una ventana a procesos biológicos fundamentales como la división celular.
El ingeniero biomédico de la Universidad de Michigan, Guangjie Cui explica:
“La célula viva es un lugar ocupado con proteínas bullendo aquí y allá. Nuestra superresolución es muy atractiva para ver estas actividades dinámicas”.
La superresolución es un proceso para observar estructuras biológicas increíblemente pequeñas. Utiliza una serie de instantáneas tomadas de constelaciones de moléculas fluorescentes que resaltan áreas seleccionadas del tejido objetivo, eliminando el efecto borroso de una inundación de luz difractada.
Los investigadores detrás de su desarrollo ganaron un premio Nobel en 2014. Tan revolucionario como fue el proceso, la capacidad de las moléculas fluorescentes para absorber y luego expulsar la longitud de onda de luz requerida se desgasta en decenas de segundos, lo que descarta el mapeo de procesos de mayor duración.
Entonces, Cui y sus colegas desarrollaron un sistema para detectar la dispersión de luz de nanobarras de oro distribuidas al azar, un proceso que no se descompone con la exposición repetida a la luz. Aunque los marcadores dorados son más grandes que las estructuras de destino, la obtención de imágenes de múltiples subconjuntos de varillas con diferentes ángulos y la combinación de las imágenes proporciona la misma resolución altamente detallada.
El sistema resultante permite la asombrosa cantidad de 250 horas de observaciones continuas con una resolución de solo 100 átomos.
Luego, Cui y sus colegas examinaron todo el proceso de división celular con su nueva nanoscopia PINE, y revelaron un comportamiento nunca antes visto de las moléculas de actina, hasta el nivel de molécula individual.
La actina, el componente principal del citoesqueleto de una célula , brinda soporte estructural a las células y ayuda a facilitar el movimiento dentro de una célula. Entonces, estas moléculas con forma de filamento ramificado juegan un papel importante en la división de una célula antes de separarla en dos células hijas.
Cada copia de estas células hereda el mismo interior, desde las proteínas hasta el ADN, pero cómo sucede esto exactamente ha sido un misterio durante mucho tiempo debido a las limitaciones de nuestra tecnología visual.
Al observar 904 filamentos de actina durante el proceso de división celular, Cui y su equipo pudieron ver cómo se comportaban las moléculas individuales entre sí. Descubrieron que cuando las moléculas de actina están menos unidas entre sí, se expandirán en busca de más enlaces. A medida que cada actina llega a sus vecinos, atrae a otras moléculas de actina más cerca, aumentando aún más su red.
Los investigadores vieron cómo estos movimientos a pequeña escala se traducían en una vista celular a mayor escala. Inesperadamente, cuando la actina se expande, la célula en general se contrae, mientras que se expande cuando la actina se contrae. Esto parece contradictorio, por lo que los investigadores están ansiosos por explorar cómo se produce este movimiento opuesto.
El ingeniero biomédico de la Universidad de Michigan, Somin Lee escribio:
“Planeamos usar nuestro método para estudiar cómo otros componentes moleculares se organizan en tejidos y órganos”.
“Nuestra técnica podría potencialmente ayudar a los investigadores a visualizar y, a su vez, comprender mejor cómo los defectos moleculares en los tejidos y órganos pueden convertirse en enfermedades”.