10 maneras de mirar las células
Desde 1665, cuando el físico inglés Robert Hooke acuñó el término célula para describir la vista microscópica del corcho, los científicos han estado desarrollando herramientas de microscopía cada vez más sofisticadas, lo que les permite ver detalles cada vez más pequeños de la estructura celular. Lejos de los microscopios de baja calidad que limitaron el estudio celular en los siglos XVII y XVIII, los instrumentos y técnicas actuales permiten un gran aumento y una resolución muy fina, en algunos casos, que permiten la visualización de detalles a resoluciones de 10 nm o menos (1 nm = 10 −9metro). Las técnicas contemporáneas también permiten a los investigadores identificar moléculas específicas en o dentro de las células y pueden permitir que las moléculas sean rastreadas con el tiempo en células vivas y organismos completos como los ratones. La siguiente lista destaca 10 enfoques de microscopía emocionantes y de vanguardia para la visualización celular y molecular.
Microscopía óptica de escaneo de campo cercano
La microscopía óptica de escaneo de campo cercano (NSOM) permite la visualización de características a nanoescala en una muestra al superar el límite de difracción, que en la microscopía de luz convencional impide la resolución de estructuras que se encuentran juntas (generalmente, menos de la mitad de la longitud de onda de la luz solía representarlos, o aproximadamente 200 nm para las longitudes de onda más cortas de luz visible). En NSOM, para resolver características por debajo del límite de difracción, se emiten ondas de luz muy cerca de la superficie de la muestra (de ahí el término campo cercano) Aunque limitado al estudio de superficies de muestras (p. Ej., Células), el NSOM puede lograr resoluciones laterales de aproximadamente 20 nm y resoluciones axiales (verticales) en el rango de 2 a 5 nm. Debido a que resuelve características por debajo del límite de difracción, se considera un tipo de microscopía de superresolución.
Fuerza atómica microscópica
La microscopía de fuerza atómica (AFM) permite una resolución superficial muy alta de las muestras, proporcionando a los investigadores información sobre las características de la superficie. AFM funciona arrastrando una punta afilada (solo unos pocos átomos de ancho) sobre la superficie de la muestra y midiendo la fuerza entre la punta y la superficie de la muestra. La señal resultante se puede traducir en una descripción de la topografía de la superficie, y la exploración de la fuerza de la superficie se puede convertir para producir una imagen tridimensional de la superficie de la muestra. En las ciencias biológicas, AFM se ha utilizado para investigar el comportamiento celular y las interacciones célula-célula, así como para evaluar ciertas características de la superficie celular.
Microscopía confocal de escaneo láser
La microscopía confocal de escaneo láser permite obtener imágenes profundas de muestras biológicas y elimina o reduce la información de las áreas más allá del plano focal, lo que resulta en la producción de imágenes claramente definidas. El desarrollo del primer microscopio confocal de escaneo láser a fines de los años sesenta y principios de los setenta marcó un avance importante en la microscopía. El continuo desarrollo de la tecnología láser, detectores y filtros, y productos químicos fluorescentes que se unen a objetivos altamente específicos en células y tejidos ha hecho de la microscopía confocal una herramienta clave en la investigación biológica.
Microscopía de iluminación estructurada
La microscopía de iluminación estructurada (SIM), otra técnica de superresolución, se desarrolló como un medio para mejorar las capacidades de iluminación e imagen de los microscopios de campo amplio (microscopios con campos de visión relativamente grandes). Esto se logra mediante el uso de transformadas de Fourier para reconstruir y filtrar digitalmente las emisiones fluorescentes incoherentes espaciales detectadas de una muestra. La transformación de Fourier produce imágenes de muestras a resoluciones que superan el límite de difracción.
Microscopía de iluminación de plano selectivo / microscopía de fluorescencia de lámina de luz
En la microscopía de iluminación de plano selectivo (SPIM) / microscopía de fluorescencia de lámina de luz (LSFM), solo se ilumina el plano enfocado de una muestra, lo que permite el corte óptico de las muestras en la dirección axial (vertical). Combinado con técnicas de microscopía de fluorescencia, SPIM / LSFM permite a los investigadores visualizar especímenes en tiempo real y a alta resolución y profundidad de muestra sin causar fotodaño. SPIM / LSFM se usa con frecuencia para obtener imágenes de lapso de tiempo de células vivas y muestras de tejido completo, como embriones.
Microscopía amplificada codificada en tiempo serial
La microscopía amplificada codificada en tiempo de serie (STEAM) es una tecnología de imágenes de alta velocidad que emplea un fenómeno conocido como estiramiento de tiempo fotónico, en el que las señales de luz reflejadas de una muestra al microscopio se ralentizan por dispersión espacial. Un fotodetector recibe las señales amplificadas de tiempo extendido, que posteriormente se procesan digitalmente para reconstruir una imagen en tiempo real. Esta técnica es especialmente útil en las ciencias biomédicas para la visualización de procesos dinámicos (p. Ej., Señalización química) en células vivas.
Microscopía de reducción de emisión estimulada
En la microscopía de reducción de emisión estimulada (STED), las muestras se tratan con tintes fluorescentes, que luego se reducen selectivamente por el sistema óptico. El sistema utiliza dos rayos láser, el primero de los cuales excita los fluoróforos y el segundo los devuelve inmediatamente al estado fundamental. Sin embargo, el segundo haz se modifica para exhibir intensidad cero en el centro de foco. Por lo tanto, cuando los dos haces se superponen, el área de iluminación se minimiza, dejando solo una pequeña región de fluorescencia donde se concentra la potencia focal. STED se considera un tipo de microscopía de superresolución, que permite que los detalles de las proteínas y otras moléculas se resuelvan hasta el rango de nanómetros individuales.
Microscopía de contraste de interferencia diferencial
La microscopía de contraste de interferencia diferencial (DIC) se usa para obtener imágenes de muestras transparentes sin teñir, con contraste en los componentes de la muestra generados a partir de las diferencias en el índice de refracción. Aunque es similar a la microscopía de contraste de fase (en la que los cambios en el brillo de una imagen corresponden a cambios de fase en la luz a medida que la luz pasa a través de una muestra transparente), DIC tiene capacidades de resolución superiores. Se usa comúnmente para ver células cultivadas, frotis de sangre y organismos unicelulares, como bacterias y diatomeas.
Microscopía de expansión
La microscopía de expansión es una técnica emergente que se basa en la manipulación de muestras, en lugar de la modificación de microscopios o componentes de imágenes, para lograr una resolución espacial a escalas nanométricas. En este enfoque, las células y los tejidos fijos se tratan con un gel de polímero, que luego se induce químicamente a hincharse, expandiéndose en casi dos órdenes de magnitud. La expansión se separa y, por lo tanto, permite la resolución óptica de características que de otro modo estarían por debajo del límite de difracción (demasiado cerca una de la otra para resolver). Usando esta técnica de superresolución, los investigadores pueden ver características en el rango de menos de 100 nm.
Microscopio de transmisión por electrones
La microscopía electrónica de transmisión (TEM) se encuentra entre las técnicas de microscopía más potentes desarrolladas, lo que permite la visualización de características en resoluciones del orden de nanómetros individuales. En TEM, un haz de electrones se enfoca en una muestra. Los electrones pasan a través de la muestra, formando una imagen de electrones altamente magnificada, que luego se hace visible para el ojo humano, ya sea capturando los electrones en una pantalla fluorescente o capturándolos digitalmente. En aplicaciones biológicas, TEM se ha utilizado para obtener imágenes de una amplia variedad de muestras, desde células y partículas virales hasta proteínas individuales y otras moléculas.
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