Un equipo de investigadores del Marine Biological Laboratory (MBL) ha desarrollado un innovador microscopio que permite a los científicos obtener imágenes simultáneas de la orientación y posición en 3D de moléculas dentro de las células. Este avance, publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, combina tecnologías de fluorescencia polarizada y un microscopio de luz de sección dual (diSPIM), lo que representa un hito en la microscopía moderna.
La nueva herramienta tiene aplicaciones potencialmente poderosas en la biología celular. Las proteínas, por ejemplo, cambian su orientación en 3D en respuesta a su entorno, lo que es crucial para su interacción con otras moléculas y para llevar a cabo sus funciones biológicas. Talon Chandler, autor principal del estudio y ex-estudiante de la Universidad de Chicago, explica que «los cambios de orientación de las proteínas pueden registrar información biológica que sería invisible si solo se considerara el cambio de posición de una molécula».
Un enfoque innovador
El microscopio desarrollado en el MBL permite abordar un desafío que ha persistido en la microscopía tradicional, especialmente en el estudio del huso mitótico durante la división celular. Como indica Rudolf Oldenbourg, coautor del estudio, «con la microscopía tradicional, el análisis se complica cuando el plano de observación se inclina, generando ambigüedad en los datos obtenidos». Sin embargo, el nuevo instrumento corrige este problema, logrando capturar la orientación y posición 3D de las moléculas del huso, conocidas como microtúbulos.
A medida que el equipo avanza en el desarrollo de este microscopio, también se plantean la posibilidad de mejorar su velocidad para observar cómo cambian la posición y la orientación de las estructuras en muestras vivas a lo largo del tiempo. Además, se espera que el desarrollo de futuros sondas fluorescentes amplíe el rango de estructuras biológicas que se pueden analizar con este sistema.
La idea de este microscopio surgió en 2016, cuando un grupo de innovadores en microscopía se reunió en el MBL. Hari Shroff, en colaboración con Abhishek Kumar, trabajaba en el diseño del microscopio diSPIM. Durante esas interacciones, se dieron cuenta de que podrían combinar las capacidades de ambos sistemas para superar las limitaciones de la microscopía de luz polarizada. La clave del proceso fue la incorporación de cristales líquidos en el diSPIM, lo que permitió cambiar la dirección de la polarización de entrada.
El esfuerzo colaborativo entre el MBL, la Universidad de Chicago y el Instituto Nacional de Salud (NIH) fue esencial para lograr la reconstrucción completa de la orientación y posición molecular. Talon Chandler menciona que «hubo una gran interacción entre estos centros de investigación mientras trabajábamos en esta innovadora herramienta».
Más información: Talon Chandler et al, Volumetric imaging of the 3D orientation of cellular structures with a polarized fluorescence light-sheet microscope, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2406679122
