Durante siglos, los científicos tuvieron que conformarse con observar las células a través de imágenes estáticas. Los microscopios permitieron descubrir estructuras diminutas, identificar sus componentes y comprender que el cuerpo de los seres vivos está formado por estas pequeñas unidades. Sin embargo, había un problema difícil de resolver: una célula no es una estructura inmóvil. En su interior ocurren constantemente movimientos, transformaciones e interacciones que una fotografía no puede mostrar.
Ahora, un grupo de investigadores acaba de dar un paso importante para superar esa limitación. Mediante una nueva técnica de microscopía, consiguieron registrar el interior de una célula en tres dimensiones y a una velocidad suficiente para convertir una sucesión de imágenes en un auténtico vídeo. El resultado abre una ventana a procesos biológicos que hasta ahora eran extremadamente difíciles de estudiar.
De las primeras lentes a una nueva forma de observar la vida
La historia de este descubrimiento se remonta a 1665, cuando el científico inglés Robert Hooke utilizó un microscopio para examinar una lámina de corcho. Al observar pequeñas estructuras que recordaban a las celdas de un panal, decidió llamarlas células. Casi una década después, el neerlandés Anton van Leeuwenhoek perfeccionó las lentes de sus instrumentos y consiguió observar microorganismos, entre ellos bacterias y protozoos.
Aquellos experimentos marcaron el comienzo de una revolución científica. Durante los siglos siguientes, los investigadores desarrollaron instrumentos cada vez más sofisticados para explorar un universo que permanece completamente oculto a simple vista.
Primero llegaron los microscopios ópticos más precisos y los tintes especiales, que permitían distinguir los diferentes componentes celulares.
Después aparecieron tecnologías capaces de utilizar electrones en lugar de luz, con las que fue posible alcanzar niveles de detalle todavía mayores. También se desarrollaron instrumentos capaces de detectar variaciones diminutas en las superficies y estudiar estructuras a escalas casi atómicas.
Sin embargo, aumentar la resolución no resolvía todos los problemas. Una célula contiene una enorme cantidad de estructuras que trabajan simultáneamente. Sus componentes se desplazan, cambian de forma, interactúan y participan en procesos químicos permanentes.
Por eso, los científicos necesitaban algo más que fotografías cada vez más detalladas: necesitaban observar esos acontecimientos mientras sucedían. Y, sobre todo, hacerlo en tres dimensiones.
Una tecnología que convierte la composición química en imágenes
La nueva técnica fue desarrollada por investigadores de la Universidad de Tokio en colaboración con otras instituciones. Sus resultados fueron publicados en la revista científica Nature Communications y presentan una evolución de un procedimiento conocido como tomografía de difracción óptica fototérmica de infrarrojo medio.
Aunque su nombre resulta complejo, el principio de funcionamiento es relativamente sencillo de entender. La tecnología combina dos tipos de iluminación para reconstruir la composición interna de las células sin necesidad de destruirlas ni realizar cortes físicos.
En primer lugar, los investigadores utilizan luz infrarroja, que resulta invisible para el ojo humano. Esta radiación provoca vibraciones en los enlaces químicos que mantienen unidos los átomos de las moléculas presentes en la muestra.
Cada tipo de molécula responde de una manera particular a esa iluminación. Por lo tanto, analizar esas respuestas permite obtener información sobre la composición química de las distintas estructuras celulares.
Para mejorar la precisión, el sistema enciende y apaga la iluminación infrarroja desde 11 ángulos diferentes. Este procedimiento permite comparar las señales obtenidas y reducir las interferencias que podrían distorsionar los resultados.
Después entra en juego la luz visible. Los investigadores analizan cómo se desvía al atravesar los diferentes componentes de la célula. Como ese comportamiento depende de las propiedades de las moléculas, es posible reconstruir información sobre su composición y distribución espacial.
Al repetir las mediciones desde distintos ángulos, el dispositivo consigue generar una representación tridimensional del interior celular.
El verdadero avance está en la velocidad: 19,2 imágenes por segundo
La tomografía fototérmica de infrarrojo medio no es una tecnología completamente nueva. Ya existían sistemas capaces de obtener imágenes tridimensionales de muestras biológicas. El inconveniente era que funcionaban demasiado lentamente para registrar procesos dinámicos.
Hasta ahora, las versiones más rápidas apenas alcanzaban las 0,05 imágenes por segundo. Esto significa que podían producir una fotografía cada 20 segundos, una velocidad insuficiente para seguir muchos de los acontecimientos que suceden dentro de una célula viva.
El equipo japonés consiguió superar ampliamente esa limitación. Su nuevo procedimiento alcanza las 19,2 imágenes tridimensionales por segundo. En otras palabras, puede reconstruir una imagen completa del interior de una célula aproximadamente cada 52 milisegundos.
La diferencia es enorme: el sistema funciona unas 400 veces más rápido que los métodos anteriores.
Masato Fukushima, investigador doctoral del Departamento de Física y uno de los autores del trabajo, explicó que el principal obstáculo de las técnicas anteriores estaba relacionado con el tiempo necesario para promediar las señales y realizar mediciones desde diferentes ángulos.
El nuevo método consigue acelerar considerablemente esas operaciones, sin renunciar a la información tridimensional.
Del microscopio al vídeo: qué podrán descubrir los científicos
Para comprender la importancia de este resultado, basta con compararlo con la historia del cine. Las primeras grabaciones cinematográficas, como Roundhay Garden Scene, filmada en 1888, utilizaban aproximadamente entre 10 y 12 fotogramas por segundo.
Con el tiempo, la industria adoptó velocidades superiores, hasta establecer los 24 fotogramas por segundo como referencia habitual para las películas. La nueva tecnología científica, con sus 19,2 imágenes por segundo, ya se acerca a ese territorio y permite hablar de auténticos vídeos tridimensionales de procesos celulares.
Pero el objetivo no es crear imágenes espectaculares para el entretenimiento. La verdadera importancia del avance está en sus posibles aplicaciones biomédicas.
Los investigadores esperan utilizar esta herramienta para estudiar procesos biológicos rápidos que hasta ahora resultaban inaccesibles mediante los métodos convencionales. Observar cómo se reorganizan las estructuras internas, cómo interactúan las moléculas o cómo evolucionan determinados acontecimientos dentro de una célula podría aportar información fundamental para comprender diferentes enfermedades.
Además, existe una ventaja especialmente importante: el procedimiento permite obtener información química cuantitativa sin recurrir a marcadores externos. Esto significa que los científicos pueden estudiar la composición de células vivas sin depender necesariamente de sustancias añadidas para identificar sus componentes.
Takuro Ideguchi, otro de los investigadores participantes, señaló que el siguiente paso será abordar preguntas fundamentales de la biología que todavía no pueden responderse con las herramientas disponibles.
La posibilidad de observar el interior de una célula mientras funciona representa, en definitiva, un cambio significativo para la investigación.
Después de siglos intentando conseguir imágenes cada vez más detalladas, la ciencia comienza a acercarse a algo todavía más interesante: contemplar la vida celular tal como ocurre, en movimiento y en tres dimensiones.
[Fuente: La Razón]
