Un nuevo estudio codirigido por una investigadora de la Oregon Health & Science University describe una innovación en herramientas de microscopía que podrían expandir inmensamente la manera en que los laboratorios de investigación del cáncer estudian el funcionamiento interior de las células vivas.
Dicha investigación, publicada hoy en la revista Nature Methods, introduce una serie de tintes fluorescentes que facilitan mucho la toma de imágenes ultradetalladas de células vivas. Estas herramientas permiten que los científicos(as) vean importantes procesos relacionados con el cáncer cuando dichos procesos tienen lugar en vez de depender solamente de imágenes fijas de células estáticas.
El estudio fue codirigido por Catherine “Cathy” Galbraith, Ph.D., profesora asociada del Departamento de Ingeniería Biomédica de OHSU e investigadora de Discovery Engine del OHSU Knight Cancer Institute y Luke Lavis, Ph.D., líder sénior de grupo del Janelia Research Campus en el Howard Hughes Medical Institute, quien también encabeza el área de investigación de Imagenología y Herramientas Moleculares en Janelia. El proyecto fue concebido conjuntamente por Lavis, Galbraith, Brian P. English, Ph.D., científico sénior en Janelia y Wesley R. Legant, Ph.D., profesor asistente en la University of North Carolina-Chapel Hill.
Los investigadores(as) hicieron uso de una técnica llamada microscopía de superresolución para ver las diminutas estructuras dentro de las células que normalmente son invisibles con microscopios de luz estándar. Si bien poderoso, este abordaje puede ser difícil de usar en células vivas. Los métodos tradicionales suelen requerir patrones de luz especiales o fuertes químicos para forzar a que se prendan y apaguen las etiquetas fluorescentes, lo cual puede dañar las células y disuadir a muchos laboratorios de usar la tecnología.
Los tintes recién desarrollados resuelven este problema de un modo más sencillo. Se encienden y apagan de modo natural sin necesidad de luz intensa o químicos añadidos. Eso facilita que los científicos(as) localicen moléculas individuales en el interior de las células vivas usando equipo de laboratorio estándar. También las hace aptas para Imágenes de Superresolución por Fluctuación Óptica (sigla en inglés, SOFI), la cual usa los cambios en la intensidad de la fluorescencia para elaborar imágenes de alta resolución mucho más rápidas que localizar las moléculas individuales.
“Los tintes de Luke se deshacen de una barrera significativa que ha mantenido fuera de alcance las imágenes de superresolución en vivo para muchos laboratorios de biología”, dice Galbraith. “Al entender cómo usar los tintes de forma sistemática, cotejando las propiedades parpadeantes de cada tinte con el contexto correcto de la imagen, Brian y yo las hicimos útiles para observar procesos biológicos dinámicos a medida que suceden y responder los tipos de preguntas que hacen los investigadores(as) del cáncer”.
Esa capacidad es de especial importancia para la investigación del cáncer. El cáncer no es estático; las células tumorales cambian constantemente la manera en que crecen, se mueven y responden a su ambiente. Para entender estos cambios se requieren herramientas que puedan captar la actividad en el interior de las células vivas.
Los nuevos tintes permiten que los investigadores(as) estudien los procesos vinculados estrechamente con el cáncer, incluida la forma en que el ADN se "empaca y accesa", la forma en que los genes se prenden y apagan, cómo migran las células cancerosas y el modo en que las moléculas se organizan dentro de las células.
“Estas herramientas nos permiten ver procesos importantes relacionados con el cáncer, procesos que ocurren en vivo, a una escala muy pequeña donde se toman decisiones clave al interior de las células”, explica Galbraith.
El artículo en Nature Methods marca la segunda publicación de Galbraith en el grupo de publicaciones Nature en tan solo dos semanas, lo cual destaca la creciente influencia de su laboratorio en la intersección de la biología celular, la imagenología y la investigación del cáncer.
Lavis, cuyos tintes Janelia Fluor ya se usan ampliamente en laboratorios de microscopía alrededor del mundo, lideró el diseño químico de los tintes. Galbraith estableció el marco para cuál tinte usar en qué contexto; abordaje basado en un panel validado a lo ancho de células vivas, células estáticas y compartimentos ácidos como los que se encuentran en tumores, donde tintes distintos de la serie se desempeñan de manera diferente.
Los investigadores(as) esperan que las herramientas se adopten rápidamente, en particular por laboratorios de cáncer que desean modos más fáciles de usar imágenes de superresolución en vivo.
“Las herramientas nuevas abren la biología”, finaliza Galbraith.
Este estudio recibió el respaldo del National Institute of Neurological Disorders and Stroke (Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovaculares), de los National Institutes of Health (Institutos Nacionales de Salud) bajo las subvenciones número NS083085 y NS141768, del National Institute of General Medical Sciences (Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales) bajo las subvenciones número GM117188, GM126190 y 1DP2GM136653, la U.S. National Science Foundation (Fundacion Nacional de Ciencias de EUA), bajo las subvenciones número 2345411 and 579662, el programa Janelia Visiting Scientist del Howard Hughes, el Howard Hughes Medical Institute, la W. M. Keck Foundation, el Searle Scholars Program, el Beckman Young Investigator Program y el Packard Fellowship for Science and Engineering.