La observación de células con el microscopio es una práctica habitual para muchas personas desde edades tempranas, incluso desde la etapa escolar. Pero, ¿imagina poder ver nítidamente y en 3D cada elemento interno de una célula (ribosomas, núcleo, retículo endoplasmático, etc.)? Y, más allá, ¿imagina poder observar cómo se comporta cada uno de esos elementos al infectar la célula con un virus y, aún más, comprobar cómo se regeneran al inyectarle un fármaco para su cura?
Aunque los términos de esta tecnología parezcan proceder más del mundo aeroespacial que del de las ciencias médicas, Ana Joaquina Pérez Berná, una de las principales expertas en el uso de este aparataje de última generación, es capaz de resumir la técnica en pocas palabras: “Es como si le hiciéramos un TAC a las células. En un TAC normal vemos el interior de cualquier parte del cuerpo humano. Aquí, vemos lo mismo pero con la célula. La diferencia es que el TAC que hacemos nosotros tiene una resolución un millón de veces mayor que el que se le hace a las personas”, señala a SaludDigital esta investigadora.
Todo ello es posible gracias a la línea de luz Mistral del Sincrotrón Alba. Se trata de una línea de unos 30 metros compuesta por diferentes espejos, que van focalizando el haz de electrones acelerados hasta la muestra con las células. Junto a ello, un sistema de monocromado permite seleccionar una energía específica con la que dirigirse a las células que, en este caso, es de 520 electrovoltios (la llamada ventana del agua).
CONGELACIÓN Y MOVIMIENTO
La principal innovación de este invento, sin embargo, va más allá de la resolución de imagen que se consigue de un elemento tan diminuto como una célula, sino que el avance se encuentra en la propia muestra. “Aquí podemos estudiar la célula en su estado nativo, es decir, sin tener que aplicarle un tratamiento químico previo, sin cortarla ni desecarla y sin necesidad de aplicarle ningún agente de fluorescencia”, indica Pérez Berná.
Esta posibilidad, aleja a la crio-tomografía de los microscopios electrónicos tradicionales en los que, para poder ver una célula, es necesario cortarla y cambiar el agua dentro de la muestra por resina, para que los electrones puedan pasar a través de ella.
Una sutil diferencia que, no obstante, puede aportar grandes mejoras para el mundo de la biomedicina puesto que, al poder contar con la célula en su estado natural, es posible infectarla con virus y enfermedades y ver perfectamente cómo evoluciona su estructura. Del mismo modo, también es posible introducir fármacos a la misma y posteriormente observar cómo sus componentes internos se modifican, ya sea para curar por completo a la célula o para dañarla aún más.
Esto puede resultar vital en los estudios preclínicos de nuevos medicamentos, ya que permite probar a nivel celular, antes que en personas, cómo reacciona el organismo ante un determinado fármaco y anticipar sus posibles efectos secundarios.
MAPA 3D DE CÉLULAS CON HEPATITIS C
“Estos experimentos constituyen las primeras pruebas del uso de la criotomografía de rayos X como plataforma para determinar el impacto potencial de futuros fármacos, ya que permite la visualización de la ultraestructura celular y el análisis de la regresión de las estructuras relacionas con la enfermedad celular in vitro”, señalan los científicos en su estudio.
Aunque, en este caso, la técnica ha sido utilizada con la hepatitis C, el sistema puede sin embargo usarse con cualquier organismo celular. “De hecho, previamente ya hemos analizado otras células, levaduras y bacterias e incluso glóbulos rojos infectados con malaria para ver cómo afecta al organismo”, añade Pérez Berná. Las posibilidades que proporciona el Sincrotrón Alba para emprender un viaje hacia el interior de las células son, por tanto, infinitas.
Sólo hay cuatro sincrotrones en todo el mundo donde está disponible esta técnica, que permite el mapeo 3D del interior de células infectadas por diferentes virus
Esto es lo que permite la crio-tomografía por rayos X blandos, una técnica que sólo puede hacerse en cuatro lugares en todo el mundo. Uno de ellos, Cerdanyola del Vallès (Barcelona), donde se sitúa el Sincrotrón Alba, un acelerador de partículas español (como el Gran Colisionador de Hadrones, pero a escala reducida) que cuenta con una línea de luz especial, llamada Mistral, con la que es posible el mapeo tridimensional del interior de las células.Aunque los términos de esta tecnología parezcan proceder más del mundo aeroespacial que del de las ciencias médicas, Ana Joaquina Pérez Berná, una de las principales expertas en el uso de este aparataje de última generación, es capaz de resumir la técnica en pocas palabras: “Es como si le hiciéramos un TAC a las células. En un TAC normal vemos el interior de cualquier parte del cuerpo humano. Aquí, vemos lo mismo pero con la célula. La diferencia es que el TAC que hacemos nosotros tiene una resolución un millón de veces mayor que el que se le hace a las personas”, señala a SaludDigital esta investigadora.
Todo ello es posible gracias a la línea de luz Mistral del Sincrotrón Alba. Se trata de una línea de unos 30 metros compuesta por diferentes espejos, que van focalizando el haz de electrones acelerados hasta la muestra con las células. Junto a ello, un sistema de monocromado permite seleccionar una energía específica con la que dirigirse a las células que, en este caso, es de 520 electrovoltios (la llamada ventana del agua).
CONGELACIÓN Y MOVIMIENTO
La principal innovación de la crio-tomografía por rayos X blandos es que permite analizar las células en su estado nativo, sin ningún tipo de modificación
Además, para poder ver la célula en su totalidad, esta ha de estar congelada ya que, si en un TAC normal es el aparato el que rota alrededor del paciente para tomar las imágenes, aquí es la muestra la que ha de moverse, dado el gran tamaño de los equipos del acelerador de partículas. Gracias a ello, el sistema permite tomar imágenes por cada mínimo movimiento que se hace. Con ellas, y mediante un algoritmo de reconstrucción, un software permite crear la imagen en 3D de la misma.La principal innovación de este invento, sin embargo, va más allá de la resolución de imagen que se consigue de un elemento tan diminuto como una célula, sino que el avance se encuentra en la propia muestra. “Aquí podemos estudiar la célula en su estado nativo, es decir, sin tener que aplicarle un tratamiento químico previo, sin cortarla ni desecarla y sin necesidad de aplicarle ningún agente de fluorescencia”, indica Pérez Berná.
Esta posibilidad, aleja a la crio-tomografía de los microscopios electrónicos tradicionales en los que, para poder ver una célula, es necesario cortarla y cambiar el agua dentro de la muestra por resina, para que los electrones puedan pasar a través de ella.
Una sutil diferencia que, no obstante, puede aportar grandes mejoras para el mundo de la biomedicina puesto que, al poder contar con la célula en su estado natural, es posible infectarla con virus y enfermedades y ver perfectamente cómo evoluciona su estructura. Del mismo modo, también es posible introducir fármacos a la misma y posteriormente observar cómo sus componentes internos se modifican, ya sea para curar por completo a la célula o para dañarla aún más.
Esto puede resultar vital en los estudios preclínicos de nuevos medicamentos, ya que permite probar a nivel celular, antes que en personas, cómo reacciona el organismo ante un determinado fármaco y anticipar sus posibles efectos secundarios.
MAPA 3D DE CÉLULAS CON HEPATITIS C
La tecnología puede servir para determinar el impacto potencial de futuros fármacos, ya que permite visualizar cómo reaccionan las estructuras de las células ante los mismos
De hecho, Ana Joaquina Pérez Berná ha liderado recientemente un estudio, publicado en la revista científica ACS Nano, en la que, utilizando el haz de luz especial del sincrotrón español, los investigadores han logrado crear el primer mapa 3D de células infectadas por el virus de la hepatitis C, al tiempo que han mostrado cómo las malformaciones producidas en la célula por esta enfermedad se recuperan al aplicarles los fármacos antivirales más usados comúnmente para curar la patología, que afecta a unos 130 millones de personas en todo el mundo.“Estos experimentos constituyen las primeras pruebas del uso de la criotomografía de rayos X como plataforma para determinar el impacto potencial de futuros fármacos, ya que permite la visualización de la ultraestructura celular y el análisis de la regresión de las estructuras relacionas con la enfermedad celular in vitro”, señalan los científicos en su estudio.
Aunque, en este caso, la técnica ha sido utilizada con la hepatitis C, el sistema puede sin embargo usarse con cualquier organismo celular. “De hecho, previamente ya hemos analizado otras células, levaduras y bacterias e incluso glóbulos rojos infectados con malaria para ver cómo afecta al organismo”, añade Pérez Berná. Las posibilidades que proporciona el Sincrotrón Alba para emprender un viaje hacia el interior de las células son, por tanto, infinitas.