Nanoestructuras ocultas en células y tejidos

Dentro de una célula viva, las proteínas y otras moléculas suelen estar muy juntas. Estos cúmulos densos son difíciles de visualizar. La obtención de imágenes de una proteína específica u otra molécula dentro de una célula requiere de una etiqueta fluorescente que lleva un anticuerpo para unirla al objetivo. Los anticuerpos miden alrededor de 10 nanómetros de largo, mientras las proteínas celulares típicas suelen tener entre 2 y 5 nanómetros de diámetro, por lo que si las proteínas objetivo están demasiado empaquetadas los anticuerpos no pueden llegar a ellas. Investigadores del MIT en el artículo: Revealing nanostructures in brain tissue via protein decrowding by iterative expansion microscopy, publicado en la revista Nature Biomedical Engineering (2022) explican una nueva forma de superar la limitación y hacer visibles esas moléculas "invisibles" modificando la denominada microscopía de expansión. La técnica les permite "desagrupar" las moléculas expandiendo una muestra de tejido o células antes de etiquetarlas, de este modo quedan más accesibles a las etiquetas fluorescentes.

Nanoestructura beta-amiloide y helicoidal beta-amiloide. Crédito imagen: Zhuyu Peng y Jinyoung Kang

La microscopía de expansión, la desarrolló Boyden (coautor del artículo) en el año 2015. En su versión original se adhirieron etiquetas fluorescentes a las moléculas de interés antes de expandir el tejido. El etiquetado se realizó primero, porque los investigadores necesitaron usar una enzima para cortar las proteínas de la muestra y lograr la expansión del tejido. Esto significaba que las proteínas no podían etiquetarse después de expandir el tejido. Para superar ese obstáculo los investigadores tuvieron que encontrar una manera de expandir el tejido dejando las proteínas intactas. Usaron calor en lugar de enzimas para ablandar el tejido y lograr una expansión 20 veces mayor permitiendo luego el etiquetado fluorescente. Con tantas más proteínas accesibles para ser etiquetadas pudieron identificar pequeñas estructuras celulares dentro de las sinapsis, conexiones entre las neuronas repletas de proteínas. Etiquetaron y obtuvieron imágenes de siete proteínas sinápticas diferentes, visualizando en detalle "nanocolumnas" que consisten en canales de calcio alineados con otras proteínas sinápticas. También utilizaron su nueva técnica para obtener imágenes del péptido beta amiloide responsable de la formación de placas en los cerebros de los pacientes con Alzheimer. Llegaron a observar que las moléculas de beta amiloide formaban estructuras helicoidales a lo largo de los axones...

La variante utilizada denominada “revelación de expansión” permite la visualización de nanoestructuras, que antes permanecían ocultas, utilizando hardware fácilmente disponible en los laboratorios académicos. Con el etiquetando clásico se estaban perdiendo categorías enteras de fenómenos, ahora se cuenta con una tecnología para realizar nuevos y trascendentes descubrimientos biológicos.

Información Complementaria:

Revealing nanostructures in brain tissue via protein decrowding by iterative expansion microscopy

Pinzas acústicas 3D para manipular células sin tocarlas.

En el artículo “Three-dimensional manipulation of single cells using surface acoustic waves“, publicado en la revista científica PNAS, los investigadores del  Departamento de Ingeniería y Mecánica de la Universidad del Estado de Pennsylvania presentan “pinzas acústicas 3D” con la capacidad de atrapar y manipular células individuales y/o partículas a lo largo de los tres ejes ortogonales mediante la utilización de ondas acústicas de superficie. Las pinzas acústicas 3D permiten recoger células individuales o conjuntos de células enteras y movilizarlas a los lugares deseados para crear patrones celulares en 2D-3D y/o hacer impresiones celulares complejas. El método utiliza desplazamientos de fase de onda estacionaria para mover partículas o células en el plano y la amplitud de las vibraciones acústicas para controlar el movimiento de partículas a lo largo de un plano ortogonal. Se demuestra cómo las vibraciones acústicas producen nodos de captura volumétricas de partículas y células biológicas. Esta tecnología supera  a las técnicas de manipulación anteriores al permitir el movimiento exacto,  preciso y de manera no invasiva, sin contacto. Ofrece la posibilidad de imprimir con precisión arquitecturas multicelulares 3D en aplicaciones tales como bioproducción, ingeniería de tejidos, medicina regenerativa y neurociencia. Pinzas acústicas 3D para “hacer sin tocar”.

Lectura complementaria:

Three-dimensional manipulation of single cells using surface acoustic waves.