La microscopía ha permitido ver tamaños, formas y diseños inalcanzables para la vista humana. Un profesor de química en UC Berkeley, quiere extender los límites conocidos sobre esta tecnología.
Para aproximarse a este propósito, el científico está desarrollando nuevas herramientas para comprender cómo interactúan las moléculas, incluyendo su acidez, carga eléctrica y movimiento a nivel nanométrico y de una sola molécula. Esta información puede generar nuevos conocimientos sobre la biología y dar pistas sobre cómo diseñar nuevos fármacos.
Científico busca extender los límites conocidos de la microscopía
Ke Xu, el líder de esta iniciativa, obtuvo un doctorado en química física y centró sus estudios en los materiales nanométricos. Durante sus investigaciones, se preguntó si podría aplicar sus conocimientos a la biología.
Con el paso del tiempo, se convirtió en investigador posdoctoral en el laboratorio de Harvard de Xiaowei Zhuang, consagrándose como inventor de la técnica de microscopía de superresolución conocida como STORM. Con esta tecnología, se pueden diferenciar moléculas en muestras biológicas con una resolución avanzada.
A lo largo de su carrera, Xu ha estado desarrollando nuevas técnicas de microscopía para investigar las propiedades de los sistemas biológicos y químicos. Su propósito es aportar información sobre cómo interactúan las moléculas y qué otras propiedades físicas tienen, como su acidez, carga eléctrica y velocidad de movimiento, a niveles nanométricos y de una sola molécula, para así contribuir en el desarrollo de nuevos avances científicos, principalmente relativos a la biología y la farmacología.
Cuando Xu abrió en 2013 su laboratorio en la Universidad de California en Berkeley, se propuso ir más allá de STORM. Su objetivo era capturar los movimientos, propiedades químicas y eléctricas de las moléculas y mostrar cómo interactúan, todo lo que normalmente requiere más que un microscopio para medir.
Una de las primeras propiedades de las moléculas abordadas fue la polaridad química, propiedad que se estudia para analizar la distribución desigual de electrones en las moléculas. La polaridad de las moléculas puede afectar su interacción y comportamiento, incluso si prefieren disolverse en agua o aceite.
Aunque se puede medir la polaridad química a gran escala, observar y mapear la polaridad de muchas moléculas a la vez dentro de una célula viva fue un logro para el equipo de Xu. En 2017, demostraron cómo su método basado en imágenes espectrales podía detectar diferencias de polaridad entre las membranas celulares y cómo estas dependen de los niveles de colesterol.
El trabajo de Xu y su equipo también buscaba mejorar los métodos para ver los movimientos de las moléculas mientras flotan en el interior acuoso de las células. Estos movimientos moleculares son demasiado rápidos para verlos con métodos de microscopía normales. En 2020, el equipo desarrolló un láser intermitente que actúa como una luz estroboscópica. Este láser se enciende y apaga más rápido que el obturador de la cámara del microscopio, proporcionando una imagen más corta y nítida de las ubicaciones de las moléculas. Capturando imágenes repetidamente, los investigadores pueden crear un video stop-motion de los movimientos moleculares.
Este método permite ver los movimientos de las moléculas en un período de tiempo de 500 microsegundos. Gracias a este avance, se reveló cómo las moléculas tienden a moverse a diferentes velocidades en diferentes partes de una célula. Las diferentes cargas eléctricas de las moléculas en una célula viva determinan cómo se mueven, interactúan y se unen.
Ahora, el equipo de Xu está trabajando en el desarrollo de nuevos métodos para «ver» estas cargas mediante microscopía, para medir cómo se mueven las moléculas en respuesta a un campo eléctrico.
El aporte de esta investigación tiene muchas potenciales aplicaciones en el futuro. Por ejemplo, puede ayudar a mejorar la comprensión de cómo las células funcionan en enfermedades específicas, y cómo los fármacos interactúan con las células para tratar estas enfermedades. Además, el conocimiento adquirido mediante este trabajo también puede ayudar en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico y terapia médica más precisos.
Fuente wwwhatsnew.com