Tres láseres sincronizados para funcionar secuencialmente y una cámara que captura 60 imágenes por segundo son las herramientas esenciales para
analizar muestras biológicas por microscopia con hoja de luz láser, una novedosa técnica desarrollada por especialistas del Departamento de Óptica del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE).
En campos de la ciencia como biomedicina, microbiología o biotecnología, investigadores y estudiantes comúnmente analizan muestras por microscopia confocal, técnica ya conocida en la que también se utiliza luz láser para obtener información de muestras previamente marcadas con proteínas fluorescentes.
La diferencia con la técnica desarrollada en el CICESE es que en la microscopia confocal el láser se enfoca en un solo punto de la muestra, para después enfocar el siguiente punto y así sucesivamente mediante un barrido láser y con ello, realizar un mapeo del área de barrido registrando aquellos puntos donde existan proteínas fluorescentes.
En la microscopia con hoja de luz láser, en lugar de enfocar punto a punto, la luz láser ilumina todo un plano y con una cámara se toma la imagen de ese plano, hasta registrar toda el área donde se excitan las proteínas fluorescentes.
Después se toma la imagen de otro plano y así sucesivamente, con lo que obtiene la capacidad de recrear imágenes tridimensionales de las muestras; adicionalmente, el uso sincronizado de los tres láseres permite colectar información de hasta tres estructuras distintas marcadas con diferentes proteínas fluorescentes.
En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el doctor Israel Rocha Mendoza, investigador del Departamento de Óptica del CICESE y desarrollador de la innovadora técnica, apuntó que otra de las ventajas de la hoja de luz láser es que permite analizar muestras más grandes en comparación con las que se pueden observar comúnmente con la microscopia confocal.
“En un microscopio confocal generalmente se utilizan objetivos de microscopio con un poder de resolución grande y eso implica que el área en la cual puede realizarse el barrido láser está, en cierta forma, limitada: entre más grande sea el poder de resolución del objetivo, más pequeña es el área de observación. Aquí tú puedes iluminar áreas más grandes y utilizar un objetivo de microscopio de menor poder de resolución para tener un campo de visión más grande, eso hace que a su vez puedas observar muestras más grandes”.
Aclaró que a nivel mundial ya se aplican métodos similares, pero con la técnica de microscopia con hoja de luz láser, lo novedoso estriba en el diseño que permite el uso de una sola cámara para capturar imágenes multifluorescentes, lo cual incide en la reducción de costos del instrumento y lo vuelve más accesible para quienes lo piensen implementar en sus laboratorios.
Respondiendo preguntas
Las ventajas de la técnica de microscopia con hoja de luz láser son actualmente comprobadas por investigadores que colaboran con el doctor Israel Rocha para potenciar sus análisis de muestras biológicas.
El investigador de la UNAM trabaja en la generación de nanobiopartículas contra agentes virales que atacan las granjas de camarón, para lo cual usan la propiedad de autoensamble de las proteínas virales.
En entrevista, expuso que uno de los problemas de la microscopia confocal es que no les permite analizar directamente los camarones, ya que los espacios para la muestra están altamente restringidos.
Explicó que en medio del desarrollo de las nanobiopartículas antivirales para camarones, surgen nuevas preguntas: ¿cómo se distribuyen las partículas cuando se administran al camarón?, ¿cómo se distribuye el virus?, ¿a qué velocidad se mueve?
La microscopia de hoja de luz láser abre la posibilidad de obtener mayor información para responder a este tipo de preguntas y aclarar los mecanismos detrás de un prometedor desarrollo para solucionar uno de los principales problemas que aquejan a los acuicultores de camarón.
Versatilidad en aplicaciones
En microbiología, es común que especialistas utilicen proteínas fluorescentes para estudiar procesos internos, por ejemplo, en células.
El doctor Israel Rocha explicó que los biólogos adhieren las proteínas fluorescentes a estructuras internas de los microorganismos que estudian para monitorear su comportamiento, es decir, las proteínas fluorescentes sirven como marcadores.
Así es como especialistas del Departamento de Microbiología del CICESE, entre ellos la doctora Meritxell Riquelme Pérez, estudian el tráfico de vesículas en el hongo Neurospora crassa, para detectar las estructuras internas de la hifa involucradas en el crecimiento del hongo.
En estos estudios, con la técnica de microscopia con hoja de luz láser se busca potencializar la capacidad de los investigadores para recabar información en 3D y generar conocimiento en torno al crecimiento del hongo.
Por medio de una colaboración con el doctor Ataúlfo Martínez, del Instituto de Neurobiología de la UNAM, campus Juriquilla, el doctor Israel Rocha ha obtenido cerebros de ratón que también fueron etiquetados con proteína fluorescente y analizados desde diferentes planos.
“El cerebro del ratón puede fácilmente medir alrededor de un centímetro y uno puede con esa hoja de luz disecar ópticamente varios planos del cerebro y verlos internamente, sin destruir el volumen del cerebro, mientras que con cualquier otra microscopia tendrías que cortar primero varios segmentos de la zona en que tengas interés, para poder observarlos”, señaló Israel Rocha.
Indicó que en biomedicina, una hoja de luz láser infrarroja pudiera servir para analizar muestras de tejido, por ejemplo, ya que la luz infrarroja se esparce menos en el tejido, lo que permite que la hoja de luz se deforme menos y de esa manera pueda penetrar más fácilmente.
Técnica en desarrollo
La técnica de microscopia con hoja de luz láser que se desarrolla en el CICESE arroja ya sus beneficios en aquellos proyectos de investigación que han encontrado en dicha técnica un instrumento que puede potencializar el desarrollo de análisis especializados.
No obstante, el doctor Israel Rocha precisó que la técnica se sigue perfeccionando en el Laboratorio de Microscopia Avanzada del CICESE, donde el grupo de investigación trabaja en la implementación de técnicas de vanguardia que sirvan a especialistas de biomedicina y microbiología.