Nueva microscopía pionera basada en microsistemas criogénicos
Los microscopios modernos pueden hacer visibles estructuras tridimensionales complejas de células e incluso moléculas con una claridad y un detalle asombrosos. Sin embargo, seguir la dinámica en tiempo real suele ser imposible cuando algo cambia o se mueve con rapidez. «Además, algunos métodos, como la microscopía electrónica, solo funcionan en el vacío», explica el investigador del proyecto MICROCRYO(se abrirá en una nueva ventana) Thomas Burg, de la Universidad Técnica de Darmstadt(se abrirá en una nueva ventana), en Alemania. «Esto significa que solo pueden utilizarse una vez fijadas las muestras, lo que dificulta el estudio de secuencias complejas de acontecimientos». Una solución a este problema es congelar ultrarrápidamente el objeto. Para ello, hay que evitar que el agua del interior de las células forme cristales de hielo al enfriarse para no dañar las delicadas estructuras. «Todos los métodos existentes para lograrlo presentan importantes deficiencias», prosigue Burg. «Una vez que las células han sido congeladas ultrarrápidamente, o vitrificadas, otra tarea difícil es adaptar diferentes microscopios avanzados para que sean compatibles con un objeto que está casi a -200 °C de frío sin comprometer el rendimiento».
Plataforma de microscopía basada en microfluidos
El equipo del proyecto MICROCRYO, que contó con el apoyo del Consejo Europeo de Investigación(se abrirá en una nueva ventana), pretendía abordar estos retos. El objetivo era desarrollar una nueva plataforma tecnológica basada en la microfluídica (manipulación y control de fluidos a microescala), para preparar y obtener imágenes de células y pequeños microorganismos congelados ultrarrápidamente a temperaturas criogénicas. Esto permitiría realizar experimentos totalmente nuevos para observar con detalle molecular, por ejemplo, cómo se activan las células inmunitarias, cómo se pueden administrar fármacos con mayor eficacia o cómo los leucocitos se vuelven menos flexibles en algunas enfermedades. «La innovación clave de este proyecto consistió en crear microambientes submilimétricos, donde las temperaturas pudieran controlarse con rapidez y precisión desde condiciones criogénicas hasta temperatura ambiente», explica Burg. «Esto fue posible gracias a la tecnología de microsistemas, la misma que se utiliza para construir muchos tipos de sensores que se encuentran ampliamente en productos de consumo (por ejemplo, en casi todos los teléfonos móviles, coches, etc.)».
Ventajas tanto de la microscopía óptica como de la electrónica
Burg y su equipo consiguieron blindar la muestra y mantener una gran diferencia de temperatura entre el objeto y su entorno, con una potencia de calentamiento y refrigeración muy baja. Se utilizaron la microscopía óptica y electrónica avanzada para analizar las muestras con alta resolución antes, durante y después de la congelación ultrarrápida. El equipo del proyecto pudo establecer una plataforma que permite mejorar (y en algunos casos crear) flujos de trabajo totalmente nuevos para estudiar sistemas biológicos y no biológicos a escala micrométrica y nanométrica, con técnicas de microscopía diferentes y normalmente incompatibles. «Uno de los retos que este proyecto ha superado desde hace tiempo es permitir modos avanzados de microscopía óptica, como la STED, en inmersión a temperatura criogénica», afirma Burg. «Además, esta tecnología puede integrarse en flujos de trabajo combinados de microscopía óptica y electrónica. Esto permite aprovechar las ventajas tanto de la microscopía óptica como de la electrónica, lo que proporciona información complementaria sobre los objetos».
Herramienta para analizar objetos complejos y dinámicos
La nueva plataforma tecnológica ayudará a los investigadores en sus estudios en muchos campos. La microscopía a temperatura criogénica es una herramienta poderosa para estudiar materiales complejos, dinámicos y sensibles utilizados en biología sintética, farmacología e incluso en nuevas tecnologías avanzadas de baterías. «Esperamos que la nueva plataforma ayude a revelar detalles de estos materiales, su estructura natural y los mecanismos o defectos de las enfermedades, así como la forma de prevenirlos, lo que mejorará la conservación y la obtención de imágenes con alta fidelidad a temperatura criogénica», añade Burg.
