Una nueva cámara ultrarrápida captura la dinámica molecular en las células

Científico asiático (1 de julio de 2023) –En los últimos años, los científicos han desarrollado herramientas sofisticadas para observar el interior de las células vivas con detalles cada vez más finos. Sin embargo, estas imágenes suelen estar congeladas en el tiempo y, por lo tanto, solo capturan una porción de la realidad dinámica y borrosa de lo que sucede en las células. En un estudio publicado en Revista de Biología CelularInvestigadores de la Universidad de Kyoto informan sobre un nuevo método para visualizar la dinámica celular hasta el nivel de moléculas individuales.

Los biólogos utilizan técnicas de formación de imágenes de moléculas fluorescentes individuales (SFMI) para estudiar los procesos celulares en la resolución de moléculas individuales etiquetándolas con sondas emisoras de luz. El nuevo método captura imágenes de celdas individuales a hasta 10 000 fotogramas por segundo, lo que permite una resolución de tiempo sin precedentes para SFMI. Esto brinda a los biólogos una forma de estudiar cómo las estructuras supramoleculares dentro de las células, por ejemplo, los dominios de membrana o los orgánulos de membrana funcionales, se organizan a nivel de moléculas individuales.

“Podemos averiguar cómo las moléculas constantes entran y salen de [organellar] estructuras, lo cual es muy importante para comprender cómo se organizan o controlan estas estructuras en respuesta a estímulos o señales extracelulares», dijo Takahiro Fujiwara, biofísico y autor principal del artículo en una entrevista Revista científica asiática.

Los investigadores utilizaron un sensor de cámara industrial de alta velocidad, como los que se utilizan en las pruebas de seguridad de accidentes de vehículos. Sin embargo, el campo de visión de una parte de una celda es increíblemente pequeño en comparación con el de un automóvil. A velocidades de cuadro lo suficientemente altas, muy pocos fotones llegan al sensor, lo que crea una imagen con mucho ruido. Para superar este desafío, conectaron un intensificador de imágenes al sensor. Después de que el sensor convierte los fotones en electrones, el amplificador amplifica los electrones hasta un nivel en el que el ruido de la cámara es relativamente insignificante.

A 10.000 cuadros por segundo, pudieron ubicar con precisión estructuras dentro de los 20 nanómetros de su posición. Esto es equivalente a lograr una precisión de ancho de pelo a 60 fotogramas por frecuencia, la frecuencia de fotogramas habitual para transmisiones deportivas en vivo, excepto que está demasiado oscuro para ver nada.

Hace más de dos décadas, Fujiwara y Akihiro Kusumi, quien también es el autor correspondiente de este artículo, demostraron que los fosfolípidos y las proteínas de membrana se mueven de una manera no aleatoria llamada difusión de lúpulo. En busca de una prueba visual del mecanismo, los autores entrenaron su nuevo método de imagen en las membranas celulares de las células epiteliales. Observaron moléculas de membrana saltando de un compartimento de la célula a otro. Más allá de los métodos existentes, también pudieron visualizar la difusión del lúpulo en las células adheridas al sustrato.

en un seguimiento papel, Fujiwara y sus colegas utilizan imágenes ultrarrápidas para estudiar las adherencias focales, estructuras moleculares que ayudan a las células a adherirse a la matriz extracelular que las rodea. Con su alta velocidad de fotogramas, el método redujo el tiempo necesario para representar estas estructuras de unos pocos minutos a unos pocos segundos. Esto permitió al equipo estudiarlas en células vivas en comparación con otras técnicas de imagen que funcionan con células muertas fijas.

Descubrieron que las proteínas de membrana se agrupan libremente en islas. Además, la integrina, una proteína transmembrana, se difunde dentro y fuera de las adherencias focales. Tanto la disposición de las islas de proteínas como la difusión de integrinas permiten el rápido reclutamiento o eliminación de integrinas para la formación o ruptura de adherencias focales, respectivamente.

Las interacciones dinámicas entre moléculas son la base de muchos procesos biológicos. Las células reciben constantemente información de todo tipo para poder responder rápidamente a su entorno. Las imágenes ultrarrápidas proporcionan una forma de congelar esta acción en cámara lenta y permitirán una visión más profunda del proceso que va desde el plegamiento de proteínas y la regulación de genes hasta los orgánulos de transporte.

Por ejemplo, una mejor comprensión de la dinámica de la membrana celular puede proporcionar información clínicamente relevante. “En la metástasis del cáncer o durante el desarrollo, las células necesitan moverse entre sí para formar tejidos. Comprender la adhesión focal es muy importante”, agregó Fujiwara.

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Fuente: Universidad de Kioto; Yipei Lieu/Asian Scientist Magaizne

El documento se puede encontrar en: Desarrollo ultrarrápido de imágenes fluorescentes de una sola molécula basadas en cámaras para biología celular

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