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» » » Nuevo microscopio revela la ultraestructura de las células

Por primera vez, no hay necesidad de fijar químicamente, tintar o cortar las células, a fin de estudiarlas. Se congelan rápidamente las células vivas enteras y son estudiadas en su medio ambiente natural. El nuevo método ofrece una imagen inmediata en 3-D, cerrando así una brecha en las técnicas convencionales al microscopio.

El nuevo microscopio ofrece una imagen de alta resolución en 3D de toda la célula de una sola vez. Esto es un avance sobre microscopía electrónica, en el que una imagen en 3-D debe ser montada desde otras muchas secciones. Esto puede retardar semanas para que se obtenga la imagen de una sola célula. Además, la célula no tendrá que ser etiquetada con tintes, a diferencia de la microscopía fluorescente, donde sólo las estructuras etiquetadas se hacen visibles. El nuevo microscopio de rayos X, aprovecha el contraste natural entre la materia orgánica y agua para formar una imagen de todas las estructuras celulares. El Dr. Gerd Schneider y su equipo de microscopía del Soft Matter and Functional Materials, han publicado su desarrollo en la revista Nature Methods (DOI: 10.1038/nmeth.1533).

Con la alta resolución obtenida por su microscopio, los investigadores, en colaboración con sus colegas del Instituto Nacional del Cáncer de EE.UU., han reconstruido las células del adenocarcinoma de un ratón en tres dimensiones. Hasta el más pequeño de los detalles se hacía visible: la doble membrana del núcleo celular, los poros nucleares de la envoltura nuclear, los canales de la membrana del núcleo, numerosas invaginaciones de la membrana mitocondrial interna y las inclusiones en los orgánulos celulares, como los lisosomas. Esta perspectiva es crucial para el esclarecimiento de los procesos internos celulares, por ejemplo, para saber cómo los virus o las nanopartículas penetran en las células o en el núcleo.

Esta es la primera vez que la llamada ultraestructura celular ha sido fotografiada con rayos X a tal precisión, hasta los 30 nanómetros. Diez nanómetros son casi una diez milésima parte del grosor de un cabello humano. Una ultraestructura es la estructura detallada de una muestra biológica tan pequeña como para ser vista por un microscopio óptico.

Los investigadores lograron esta alta resolución 3-D mediante la iluminación de estas pequeñas estructuras del objeto congelado-hidratado, con luz parcialmente coherente. Dicha luz la genera BESSY II, el sincrotrón de HZB. La coherencia parcial es una propiedad de dos ondas cuya fase relativa sufre fluctuaciones aleatorias que no llegan a ser suficientes para crear una onda completamente incoherente. La iluminación con luz coherente parcial genera un alto contraste en los pequeños detalles de un objeto, en comparación con iluminación incoherente. Combinando este enfoque con una lente de alta resolución, los investigadores pudieron visualizar las ultraestructuras celulares en un contraste hasta ahora no alcanzado.

El nuevo microscopio de rayos X, también permite un mayor espacio alrededor de la muestra, lo que conlleva a una mejorada visión espacial. Este espacio ha estado siempre muy limitado por la iluminación de la muestra. Esta necesidad de una luz de rayos-X monocromática fue creada usando un grid radial y, desde esta misma luz, un diafragma que selecciona el rango de longitudes de onda deseada. El diafragma tenía que colocarse tan cerca de la muestra que casi no había espacio para girar la muestra. Los investigadores modificaron esta configuración: la luz monocromática era recogida por un nuevo tipo de condensador capaz de iluminar directamente el objeto, así que el diafragma ya no era necesario. Esto permite girar la muestra hasta 158 grados y ser observada en tres dimensiones. Todo ello nos ofrece una nueva herramienta para la biología estructural y la mejor comprensión de la estructura celular.

  • - Referencia: EurekAlert!.org, 19 de noviembre 2010, Dr. Gerd Schneider
  • - Fuente: Helmholtz Association of German Research Centres .
  • - Imagen: Esta imagen es un sector transversal del núcleo de un adenocarcinoma celalar de un ratón, mostrando el nucléolo y los canales de la membrana atravesando el núcleo, tomada por  nanotomografía de rayos X. Crédito: HZB.

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Editor del blog Pedro Donaire

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