Equipo de investigación que desarrolla un nano

21 de agosto de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

verificado

publicación revisada por pares

corregir

por la Universidad de Tampere

En muchos casos, las células son muy activas en su movimiento y sirven como generadoras de energía. La capacidad de las células para producir fuerzas físicas es una de las funciones básicas del cuerpo. Al correr, por ejemplo, las fuerzas generadas en las células hacen que los músculos se contraigan y la respiración funcione. Ha sido posible medir incluso las fuerzas experimentadas por proteínas individuales mediante sensores de fuerza desarrollados en el pasado, pero antes no se podían medir las fuerzas intracelulares y las tensiones mecánicas.

Junto con científicos de la Universidad Estatal de Ohio OSU, investigadores de biología celular de la Universidad de Tampere han desarrollado un sensor de fuerza que se puede conectar al costado de una proteína que responde mecánicamente, permitiéndole detectar fuerzas y tensiones en la proteína dentro de la célula.

El desarrollo del sensor de tamaño micro comenzó durante un viaje de conferencias en diciembre de 2019.

"La parte sensora de energía es como una banda elástica que cambia de color cuando se estira. Esta parte está unida a los anticuerpos en ambos extremos de la banda elástica, que se unen a la proteína celular objetivo en estudio. La fuerza o elongación de la proteína estudiada luego puede detectarse bajo un microscopio siguiendo el alargamiento de la banda elástica, es decir, el color que produce", afirma Teemu Ihalainen, investigador principal de BioMediTech en la Universidad de Tampere.

Según Ihalainen, el sensor de fuerza, que sólo tiene un tamaño de unos veinte nanómetros, se puede generalizar fácilmente a una amplia gama de investigaciones de biología celular y a diversas proteínas diana. Con ayuda del biosensor de proteínas se pueden medir fuerzas, por ejemplo, en la membrana nuclear, entre diferentes proteínas o, en general, en el citoesqueleto de la célula. Permite transformar por primera vez la mecánica de la célula de forma visible.

Ya ha habido un gran interés por esta tecnología en varios laboratorios de Japón, India, Noruega y Estados Unidos.

Las células están sujetas a fuerzas todo el tiempo, tanto en las funciones corporales normales como en las enfermedades.

A medida que una célula cancerosa crece y se mueve, por ejemplo, las células están sometidas a fuerzas mecánicas. A medida que el cáncer se propaga, por ejemplo, cuando ingresa a la sangre o a los vasos linfáticos, la célula cancerosa tiene que pasar a través de espacios estrechos en su microambiente. Por lo tanto, las células cancerosas están sujetas a poderosas fuerzas de compresión y estiramiento que pueden descomponer algunas de las células. El daño al núcleo puede alterar la estructura de su genoma, lo que en algunas situaciones puede resultar incluso beneficioso para el desarrollo del cáncer.

"Con la ayuda de sensores se puede controlar la mecánica del cáncer y los procesos relacionados desde una perspectiva completamente nueva", comenta Ihalainen.

El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.

Otro estudio reciente perfeccionó la microscopía de expansión combinando la biología celular y la experiencia en procesamiento de señales. Además de investigadores de biología celular, en el estudio participaron especialistas en imágenes de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Naturales de la Universidad de Tampere y virólogos de la Universidad de Jyväskylä.

La resolución de la microscopía óptica es limitada ya que los detalles de las pequeñas estructuras de la muestra se ven borrosos debido a las interacciones entre la lente y la luz. Sin embargo, diferentes técnicas de microscopía de superresolución permiten separar detalles muy pequeños. Una de estas técnicas es la llamada microscopía de expansión, cuyo principio consiste en ampliar físicamente un objeto, por ejemplo una célula, y así observar las diminutas cosas que contiene. En la práctica, la muestra se moldea en un gel blando, que se puede expandir cuatro veces o más, y también amplía todos los detalles de la muestra.

"Sin embargo, el problema ha sido que cuanto más pequeños se examinan los detalles de la célula, menos moléculas son visibles. Esto significa que se ha adquirido menos señal, es decir, información, de la muestra, y normalmente hay mucho ruido, un un poco como nieve en una pantalla de televisión", dice Ihalainen.

El grupo de investigación descubrió que la solución al problema podría ser el marcado fluorescente repetido de las células. Se les ocurrió la idea de etiquetar las proteínas diana muchas veces para que parecieran más brillantes y proporcionaran más información.

"En la práctica, lo que hicimos fue bombear más moléculas fluorescentes a las proteínas objetivo como si estuviéramos agregando reflectores. El método simple y fácil mejoró enormemente la resolución y el contraste de la imagen. También se eliminó computacionalmente el ruido de las imágenes, lo que permitió aún más aumentó la nitidez de la imagen", menciona.

A diferencia de muchas técnicas de microscopía de superresolución, la microscopía de expansión no requiere instrumentos costosos y es fácil de implementar. La técnica desarrollada por los investigadores es particularmente útil para estudiar detalles realmente pequeños. Ahora, por ejemplo, es posible observar la estructura del virus del herpes, de 120 nanómetros, incluso con un microscopio óptico. Con la microscopía óptica tradicional, los virus son visibles sólo como puntos individuales.

El estudio "La inmunotinción iterativa combinada con microscopía de expansión y procesamiento de imágenes revela la organización de la red nanoscópica de la lámina nuclear" se publicó en la revista Molecular Biology of the Cell.

Más información: Brooke E. Danielsson et al, Estados de deformación de la lámina nuclear revelados por un biosensor de fuerza intermolecular, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-39563-6

Elina Mäntylä et al, La inmunotinción iterativa combinada con microscopía de expansión y procesamiento de imágenes revela la organización de la red nanoscópica de la lámina nuclear, Biología molecular de la célula (2023). DOI: 10.1091/mbc.E22-09-0448

Información de la revista:Comunicaciones de la naturaleza, biología molecular de la célula.

Proporcionado por la Universidad de Tampere