Desarrollan método de superresolución para obtener imágenes cercanas al tamaño de las proteínas

Se ha logrado poner a punto un método de microscopía fácil de implementar para obtener imágenes con una resolución nanométrica cercana al tamaño de las proteínas. El nuevo sistema permitirá conocer mejor las estructuras celulares que participan en la génesis de enfermedades.

“Visualizar las estructuras que conforman las células, determinar sus funciones y conocer su organización con el mayor detalle posible es de gran importancia para comprender los mecanismos moleculares que ocurren permanentemente en los sistemas vivos y entender también el origen de distintas enfermedades”, señaló Fernando Stefani, doctor en Química e ingeniero en Materiales, director del trabajo e investigador del Centro de Investigaciones en Bionanociencas (CIBION), que depende del CONICET, en Argentina.

La microscopía de fluorescencia es una herramienta muy útil para visualizar componentes celulares, pero su resolución de 250 nanómetros (un nanómetro equivale a la millonésima parte de 1 milímetro) impide ver con detalle el entorno de las proteínas cuyo tamaño es de 3 a 10 nanómetros.

En 2006, la microscopía de fluorescencia de superresolución (o nanoscopía de fluorescencia), pudo superar esta limitación y hasta la actualidad ha sido utilizada para comprender con mayor profundidad distintos mecanismos y descubrir nuevas estructuras.

La nanoscopía de fluorescencia alcanza una resolución en el eje axial de 40 a 50 nanómetros. Ahora Stefani y colegas presentaron un método fácil de aplicar que permite alcanzar una resolución axial de 10 nanómetros, un valor que es muy cercano al tamaño mismo de las proteínas.

“Estamos abriendo la puerta a poder visualizar mecanismos biológicos con todos los beneficios de la microscopía de fluorescencia, y con un nivel de resolución que permite ver cómo se organizan las proteínas a escala molecular”, afirmó Alan Szalai, primer autor del trabajo, becario postdoctoral del CONICET e integrante del grupo de Nanofísica Aplicada liderado por Stefani.

SIMPLER, el método de superresolución desarrollado por los investigadores argentinos, permite obtener imágenes cercanas al tamaño de las proteínas. (Imagen: CIBION / CONICET / Agencia CyTA-Leloir)

El método desarrollado por Stefani, Szalai y colegas se llama “microscopía de iluminación supercrítica fotométrica z-localización con resolución mejorada” (SIMPLER, según sus siglas en inglés)  y es complementario a las técnicas de superresolución 2D que se basan en la localización de moléculas individuales.

Con SIMPLER, los investigadores utilizan un tipo de iluminación para excitar a las sondas fluorescentes (material que se ilumina en estructuras biológicas marcadas), la cual decae en forma exponencial una vez que penetra en la muestra.

“La técnica permite excitar con una intensidad que no es homogénea, sino que decae a medida que penetramos en la muestra. De este modo, las sondas fluorescentes serán excitadas en mayor o menor medida según su ubicación en profundidad en la muestra. Así,  terminan teniendo un mayor o menor brillo según su posición axial, y gracias a este fenómeno podemos calibrar la señal detectada por el microscopio con la posición axial y visualizar las sondas fluorescentes con resolución nanométrica”, explicó Stefani, también investigador principal del CONICET y profesor titular del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires (UBA).

Con SIMPLER, los investigadores pudieron ver diferentes estructuras biológicas. Por ejemplo, lograron captar imágenes de microtúbulos, estructuras del citoesqueleto de las células. “Es notorio cómo pudimos ver con claridad los huecos de estas estructuras que tienen un diámetro de 40 nanómetros”, indicó Szalai.

“Si bien las nanoscopías surgieron hace ya 15 años, el vínculo entre la comunidad que desarrolla métodos y la comunidad de ciencias de la vida tiene un tiempo de retardo, y en Argentina esto es aún más marcado. Es necesario seguir ampliando redes de colaboraciones para que estas tecnologías sean aplicadas por grupos argentinos y potenciar de esa forma también la ciencia nacional”, concluyó Stefani.

Del avance, publicado en “Nature Communications”, también participaron Bruno Siarry, del CIBION y del CONICET; Sabrina Simoncelli, del King’s College London y la University College London, en el Reino Unido; David Williamson y Dylan Owen, del King’s College, en el Reino Unido; Jerónimo Lukin y Damián Refojo, del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA) que depende del CONICET y Partner de la Sociedad Max Planck de Alemania; Nicolás Unsain, del CONICET y de la Universidad Nacional de Córdoba en Argentina;  Alfredo Cáceres, del CONICET, de la Universidad Nacional Córdoba y del Instituto Universitario Ciencias Biomédicas de Córdoba (IUCBC) en Argentina; Mauricio Pilo-Pais y Guillermo Acuna, de la Universidad de Friburgo, en Suiza. (Fuente: Agencia CyTA-Leloir)