- El investigador, que gestiona una unidad de microscopía en la entidad científica nacional, fue parte de dos programas realizados en el Instituto Pasteur de Uruguay, uno de los centros apoyados a nivel regional por la Iniciativa Chan-Zuckerberg.
- Una de las técnicas aprendidas es la microscopía de expansión, cuyo objetivo es mejorar la resolución de los microscopios a través del incremento de tamaño de las propias muestras, un enfoque que podría ayudar a matizar la brecha de infraestructura crítica en la región.
- El científico chileno, dedicado a líneas como la biología sináptica y del sistema nervioso periférico, explica que gracias a métodos de expansión celular es posible producir muestras de hasta 40 veces su tamaño original, que preservan su morfología.
Apoyado por la Iniciativa Chan-Zuckerberg (CZI, por sus siglas en inglés), el investigador del centro basal Ciencia y Vida – Universidad San Sebastián, el Dr. Nicolás Martínez Alarcón, fue parte de un programa internacional de formación para fortalecer las competencias de científicos del cono sur en nuevas técnicas de microscopía.
El objetivo de la iniciativa –dictada en el Instituto Pasteur de Montevideo, Uruguay, un organismo de referencia en la materia a nivel latinoamericano– es contribuir al entrenamiento de métodos de frontera en el campo, en particular en la denominada microscopía de fluorescencia, cuyas aplicaciones van desde la ciencia básica hasta la biomedicina.
Parte del programa se enfocó en la microscopía de expansión, un método con el cual es posible potenciar las capacidades de observación aun en ausencia de infraestructura tecnológica de última generación, algo que podría ser especialmente relevante para la investigación científica en América Latina.
La convocatoria fue acogida principalmente por científicos que lideran o gestionan unidades de microscopía en centros de distintos países de la región, como es el caso del Dr. Martínez en el centro basal Ciencia y Vida. Allí, el también académico de la Universidad San Sebastián es responsable de gestionar esta área y apoyar a los doce laboratorios que conforman uno de los principales polos de investigación científica del país.
“Uno de los objetivos del programa es establecer redes de microscopistas en el cono sur y también promover que la región tenga acceso tanto a tecnologías de frontera como a iniciativas de desarrollo tecnológico a nivel local”, señaló el científico chileno, quien se desempeña en el laboratorio de Biología de la Neurodegeneración, liderado por la Dra. Soledad Matus.
El programa de entrenamiento es organizado por la Unidad de Bioimagenología Avanzada (UBA) del Instituto Pasteur de Montevideo, una instancia nacida el 2021 gracias a la obtención de fondos por parte del programa CZI Imaging Scientists de la Iniciativa Chan Zuckerberg —la organización benéfica creada por Mark Zuckerberg y su esposa Priscilla Chan.
Fue el primer instrumento entregado por la entidad creada por el fundador de Facebook a un científico latinoamericano: el Dr. Leonel Malacrida, quien lidera la UBA. Entre otras acciones, esa unidad se dedica a fabricar instrumentos y métodos de microscopía y bioimagenología (incluidos enfoques de óptica adaptativa y fuentes láser multifotónicas avanzadas) para estudiar las células en el interior de los tejidos.
“Nos focalizamos en microscopía de fluorescencia”, dijo el Dr. Malacrida, uno de los 15 científicos de imágenes en el mundo que obtuvieron fondos de la CZI para el fomento del avance de este campo en el mundo. “Esta es una herramienta muy interesante para la investigación biológica y biomédica, porque nos permite identificar moléculas de inteligencia, de interés en organismos vivos y estudiar en ellos procesos dinámicos que pasan en el espacio, en el tiempo”.
“Y a su vez, la técnica de la fluorescencia es muy útil porque más allá de identificar físicamente o espacialmente dónde se encuentra una molécula de interés, también nos puede dar información muy valiosa de qué está haciendo, con quién está hablando, con quién está interaccionando y si tenemos los instrumentos adecuados para observarlos”.
De acuerdo a la Iniciativa Chan-Zuckerberg, la investigación y la tecnología de imágenes científicas desempeñarán un papel fundamental para permitir una comprensión mecanicista más profunda de la salud y la enfermedad, impulsar el diagnóstico y contribuir a la búsqueda de nuevos tratamientos. Todo esto con el desafío de curar, prevenir o controlar todas las enfermedades para finales de siglo.
Una observación más precisa
Además de la entrega de recursos a investigadores en todo el mundo, la alianza también ha impulsado el Instituto Chan Zuckerberg de Imágenes Biológicas Avanzadas, cuyo propósito es contribuir a curar, prevenir o controlar todas las enfermedades para finales de siglo, a través de una visión dinámica e integrada de los sistemas biológicos en la salud y la enfermedad.
La instancia aspira a desarrollar, a través de estas acciones, nuevas y revolucionarias herramientas de hardware y software de imágenes que brinden vistas integrales de los sistemas biológicos en su contexto nativo.
El Dr. Nicolás Martínez explica que, en esa línea, su entrenamiento en los programas realizados por la UBA en Uruguay le ha permitido adquirir nuevas competencias en un área de la microscopía que podría ser de alta utilidad para la labor que cumple en el centro basal Ciencia y Vida: la microscopía de expansión.
“Se trata de una tecnología que ha estado siendo desarrollada en los últimos diez años y que tiene crecientes aplicaciones en la investigación. En Chile hay algunos grupos que la utilizan, pero diría que no está todavía ampliamente expandida”, sugiere el investigador chileno.
Para comprender en qué consiste este nuevo y revolucionario enfoque, es necesario entender primero cómo funciona la resolución de la microscopía. En base a su configuración específica, los microscopios tienen un límite de resolución, que es la capacidad de un sistema óptico de distinguir objetos.
“En un lenguaje simple, explica el Dr. Martínez, si uno observara dos puntos, muy cercanos el uno del otro, existen ciertas condiciones de resolución en que esos dos puntos se verían como uno solo. Cuando la resolución es mayor, uno es capaz de distinguir que en realidad se trata de dos puntos diferentes. Y entre más pequeños sean esos puntos, más resolución uno necesita para saber que son dos puntos diferentes. Este ejemplo explica el concepto de resolución. En el caso de las células, sus estructuras microscópicas deben poder ser distinguidas para estudiarlas”.
Sin embargo, el problema de distinguir elementos cada vez más pequeños se ha enfrentado en el mundo de la microscopía con una barrera: los límites físicos de las resoluciones ópticas. Históricamente, la resolución se ha tratado de mejorar con la modificación de láseres, el diseño de nuevos lentes, las nuevas configuraciones de los sistemas ópticos o incluso la búsqueda de nuevos algoritmos para el procesamiento de las imágenes obtenidas en el microscopio.
En la última década apareció una alternativa: la microscopía de expansión, una estrategia que va por otro camino y que no implica modificar el microscopio a través del cual se visualizan las muestras biológicas, sino que la propia muestra. En palabras muy simples, remarca el investigador del centro basal Ciencia y Vida, consiste en hacer crecer la muestra o expandirla para poder distinguirla mejor.
“Todos tenemos esa noción de que si uno pone en agua una fruta que está deshidratada, esta va a crecer. Ese es el concepto: expansión por hidratación”.
“Entonces, en vez de modificar lo que el microscopio puede ver, hacer que la muestra sea más grande. Esto representa desafíos técnicos importantes, porque las estructuras biológicas obviamente tienen una configuración espacial, tienen además cierta distribución de los elementos bioquímicos que están al interior de las células, que para que esa muestra siga siendo representativa de lo que era en su tamaño original, tienen que preservarse”.
Un grupo en Estados Unidos desarrolló esta técnica que consiste en permeabilizar las células o los tejidos, incorporando un gel, que luego se expande hidratándolo. Su expansión se da en todas las direcciones con la misma magnitud, respetando la ubicación original de las cosas. Esto no solo posibilita que las muestras alcancen tamaños que podrían ser decenas de veces más grandes que su versión original, sino también que preserven su arquitectura, plantea el neurocientífico.
“Con esta muestra expandida, uno puede ir al microscopio y observarla ahora con mayor resolución, sin cambiar nada en el equipo. Originalmente esta técnica permitía expandir cuatro veces las muestras. Ahora ya existen reportes de grupos que han podido expandirlas decenas de veces. Entonces, teóricamente uno podría terminar con una muestra con células 20 veces o 40 veces más grandes que su tamaño original. Eso te permite observar cosas que antes eran imposibles de ver”.
La microscopía y su importancia estratégica
La Unidad de Bioimagenología Avanzada se fundamenta en cuatro pilares, entre ellos proveer entrenamiento y diseminación de las herramientas de este campo. El Dr. Malacrida considera que la transferencia de este conocimiento es fundamental para el fortalecimiento de la investigación científica en América Latina.
En el caso de los programas al que ha accedido el Dr. Nicolás Martínez del centro basal Ciencia y Vida – USS (uno de los tres chilenos inscritos en la última versión), el científico uruguayo comenta que “el objetivo más importante es darles a las personas en estos centros todas las herramientas para sacar el mayor provecho de los instrumentos que ellos ya tienen.
“Tradicionalmente nuestros estudiantes eran de maestrías, doctorados o postdoctorados y ahora nos hemos focalizado en un grupo específico de personas que trabajan en centros similares al nuestro en unidades de microscopías en otros países de la región. Hemos apoyado con becas a más de 200 estudiantes latinoamericanos”, detalló el investigador del Instituto Pasteur de Montevideo.
Para el investigador del centro basal Ciencia y Vida, en tanto, el apoyo de la CZI ha permitido fortalecer el acceso de científicos de la región a estos programas, potenciando los impactos de las nuevas tecnologías en sus propias exploraciones. “Si uno estima cuantos procesos productivos o clínicos de nuestra sociedad pasan por un microscopio se dará cuenta de la importancia fundamental de la microscopía, de la aplicación de estas nuevas tecnologías y del robustecimiento de las comunidades de microscopistas” (Por: Luis Francisco Sandoval. Agencia Inés Llambías Comunicaciones).
-Dr. Nicolás Martínez, del Centro Basal Ciencia y Vida – USS
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