El microscopio FIB-SEM permite conocer detalladamente el interior de las células

Los científicos combinaron dos técnicas de imagen en un microscopio para obtener imágenes detalladas de las células en alta resolución.

Los científicos combinaron dos técnicas de obtención de imágenes microscópicas en un microscopio, lo que proporcionó un método de alta resolución para rastrear moléculas individuales en un contexto celular. Este desarrollo abre la puerta a mejorar nuestra capacidad para visualizar, con todo detalle, lo que sucede dentro de las células.

Los científicos ahora tienen la capacidad de observar el interior de las células utilizando microscopios extremadamente potentes. Es importante que puedan hacer esto para comprender cómo funcionan y reaccionan biomoléculas específicas. Sin embargo, estas herramientas tienen algunos inconvenientes.

Tomemos, por ejemplo, la microscopía de fluorescencia de superresolución (SRM). Es excelente para rastrear moléculas individuales como proteínas en una célula, pero no muestra a los científicos lo que sucede cerca. Y aunque la tomografía electrónica criogénica (crio-ET) puede producir imágenes de células de alta resolución, no puede determinar qué están haciendo las moléculas individuales.

Es por eso que los investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores Lineales de Stanford (SLAC) del Departamento de Energía de EE. UU. decidieron combinar estas dos técnicas de imágenes en un solo microscopio.

El objetivo es retener lo mejor de ambas tecnologías. Se conserva la especificidad molecular de la microscopía de fluorescencia, por lo que se sabe quién es quién, y luego se puede poner en el contexto de estructuras de alta resolución con crio-ET.

– dijo Peter Dahlberg, el autor principal del estudio

La microscopía de fluorescencia implica marcar una sola molécula con una molécula más pequeña que brilla cuando se expone a la luz. Luego se puede seguir la molécula con un microscopio óptico normal, aunque de muy alta resolución. Cryo-ET utiliza microscopios electrónicos para examinar muestras congeladas instantáneamente, como las células.

La combinación de estas dos técnicas generó inmediatamente problemas que los investigadores tuvieron que superar. En primer lugar, las células que contenían moléculas marcadas con fluorescencia tuvieron que dejarse caer sobre una rejilla crio-ET con un diámetro de sólo 3 mm y luego congelarse instantáneamente para que el agua de la rejilla se convirtiera en vidrio (se vitrificara). Una vez que una célula está congelada, debe permanecer congelada. El segundo problema es el tamaño de las células congeladas (tienen miles de nanómetros de espesor), pero los electrones utilizados en la crio-CT no pueden penetrar a más de 200 nanómetros.

Por lo tanto, los científicos han desarrollado un dispositivo llamado sistema de fresado por haz de iones enfocado con un microscopio electrónico de barrido adjunto, es decir, FIB-SEM (sistema de fresado por haz de iones enfocado con un microscopio electrónico de barrido adjunto). El haz de iones concentrado corta el material celular, dejando un trozo muy fino de célula congelada que puede penetrar el Cryo-ET. Luego, un microscopio electrónico de barrido dispara electrones a la muestra, creando imágenes de alta resolución.

El prototipo FIB-SEM solo tenía un problema: no tenía un microscopio óptico adjunto, lo que significaba que la rejilla crio-ET tuvo que moverse para realizar microscopía de fluorescencia. Afortunadamente, había una solución sencilla.

“Básicamente, simplemente desmontamos este sofisticado instrumento de 1,5 millones de dólares para instalar un microscopio óptico integrado y ahora tenemos un sistema mucho, mucho mejor”, dijo Dahlberg.

Al probar FIB-SEM en 2020 y rastrear proteínas en células bacterianas, los científicos descubrieron que funcionaba, pero se dieron cuenta de que el material del que estaba hecha la malla Cryo-ET absorbía luz y destruía muestras congeladas. Entonces hicieron algunos ajustes, diseñaron mejores rejillas y crearon un escenario mejor para el microscopio óptico.

Actualmente, los científicos están desarrollando varios tipos de etiquetas fluorescentes (biosensores) para funcionar en condiciones criogénicas. Los biosensores son moléculas fluorescentes que cambian sus propiedades de emisión o excitación dependiendo del entorno local, brillando de un color en un entorno y de un color diferente en otro.

“Se pueden ajustar para que sean sensibles al pH, al calcio, lo que quieras”, dijo Dahlberg. “Hay cientos de variables ambientales a las que se pueden ajustar. Entonces, además de la ubicación específica y la información estructural de alta resolución, también puedes averiguar: “¿Mi célula está sana o enferma?”

Los científicos seguirán jugando con FIB-SEM hasta que se optimice y alcance su máximo potencial.

➔ ¡Síguenos en Google News para estar al día!

fuente: Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC | Nuevo Atlas