De la célula al embrión

Jean Luc Vonesch habla pausadamente aunque tenga entre sus manos un hallazgo revolucionario. Este científico ha inventado el primer macroscopio confocal del mundo y cuenta que el aparato está suscitando mucho interés, sobre todo a los investigadores de embriología, ya que “se obtiene una información tridimensional de todo el embrión y se puede seguir su desarrollo en el tiempo”.

Hace cinco años Vonesch, responsable del centro de imagen fotónica del Instituto de Genética y Biología Molecular y Celular (IGBMC) en la localidad francesa de Illkirch, decidió desarrollar una tecnología que uniera la observación de objetos de gran tamaño (hasta dos centímetros) con el sistema confocal, que hace cortes ópticos en el interior de una muestra sin destruirla.

Para el investigador francés, este innovador macroscopio se ha hecho posible “gracias a la experiencia, a la iniciativa propia y a la posibilidad de que el propio personal del IGBMC pudiera probarlo en diferentes condiciones y validar su aplicación”. Aunque de momento sólo lo utilizan los 40 equipos de biólogos de Illkirch, desde enero Leica Microsystems lo ha empezado a mover por todo el planeta.

El modus operandi del aparato es importante para comprender los mecanismos biológicos de ciertos animales, como el ratón o la drosophila, y que las investigaciones tengan aplicación a patologías humanas. “En microscopia convencional, estas imágenes de gran calidad serían muy difíciles de obtener, por no decir imposibles”, explica Didier Hentsch, segundo de abordo en la invención.

Sin agresiones

Es en Biología de Desarrollo y en los estudios embrionarios y de morfogénesis donde el macroconfocal tiene mayor aplicación. La investigación en cáncer, en desarrollo celular y cerebral, en enfermedades cardíacas e incluso los estudios agrícolas se enriquece también con la observación de objetos de gran tamaño en alta resolución. A través del crecimiento de un animal se estudia su anatomía, por ejemplo; desde la estructura de una hoja, se diseña la cosecha, y desde la estructura del cerebro, se investiga sobre las enfermedades comunes en personas mayores.

Desde hace tres años, a Jean-Daniel Fauny, biólogo experto en el desarrollo embrionario del pez cebra en el IGBMC, la integración del macroscopio en sus herramientas le ha permitido dar un salto cualitativo y llegar a observaciones hasta ahora nunca apreciadas: “El pez cebra pasa de célula a embrión en 24 horas y en ese momento es posible observar un individuo con todos sus órganos, aunque no sea adulto”. Este proceso se observa por las líneas fluorescentes que se ven en el confocal.

Además de la obtención de imágenes de gran resolución y por cortes, los científicos pueden tener una visualización directa y en vivo sin tener que disecar al animal como sucede en la microscopia clásica. En el caso de Fauny, los embriones de peces cebra vuelven a ponerse en pecera después del análisis y pueden desarrollarse hasta la edad adulta. Esto mismo pasa con las investigaciones en ratones. Por eso el confocal es “menos agresivo”.

Muchos editores de revistas critican la ausencia de explicaciones en ciertos procesos, como el trayecto de las células y de los genes dentro del embrión hasta la formación de órganos independientes. A partir de ahora, los propios científicos pueden hacer el seguimiento de la evolución dentro de un contexto y analizar al detalle cada paso del proceso.

¿Y en España?

En España, puede que tengamos que esperar algunos meses hasta que un centro de investigación tenga entre sus manos el macroconfocal. “Por ahora, no hay ningún equipo instalado en España, ya que el proceso de compra suele ser largo”, asegura el jefe de ventas de Leica, Àlvar Piera.

A pesar de la espera, el macroconfocal ya se ha dado a conocer en diferentes workshops organizados en universidades de Madrid y Barcelona antes de su lanzamiento oficial. Investigadores de más de 20 centros españoles han probado esta herramienta. “La principal ventaja es que se puede ver la muestra sin alterarla, sin realizar ningún tratamiento sobre la prueba”, señala emocionada Almudena Estalrrich, investigadora del Departamento de Paleobiología del Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC), para quien las muestras fósiles de neandertal son demasiado valiosas.

El salto tecnológico es grande. Aunque la verdadera limitación reside ahora en la penetración de los infrarrojos, se ha logrado crear un aparato que revoluciona el campo de estudio y amplía las investigaciones, lejos, muy lejos de 1665, cuando el inglés Robert Hooke introdujo el concepto de célula en el primer tratado de microscopia.

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Cómo funciona

El nuevo instrumento incluye un sistema de Imágenes a Gran Escala (LSI, por sus siglas en inglés) que se adapta a las necesidades del análisis de especimenes. Ello lo convierte en el primer macroscopio del mundo cuya tecnología confocal se utiliza para proporcionar imágenes claras de cristal en gran resolución y revelar detalles finos del organismo modelo, sea un animal o una planta. El resultado es una herramienta que permite observar en 3D el desarrollo de un pez cebra, entre otros, desde su forma ovoide, a la formación de su futura médula ósea. Una vez tomada la muestra, la imagen aparece en el ordenador lista para ser tratada.

Un poco de historia

El campo de estudio de los objetos analizados ha variado desde los primeros experimentos. De los capilares sanguíneos de Malpighi -que probó entre 1660 y 1665 la teoría de Harvey sobre la circulación sanguínea-, a los protozoos, bacterias, espermatozoides y glóbulos rojos que Leenwenhoek inventarió a mediados del XVII.

Las primeras investigaciones basadas en métodos de análisis microscópico permitieron al doctor Nicolás Osorio diagnosticar la leucocythemia en 1873. Ahora quedan obsoletas frente a la nueva tecnología de la que gozan los instrumentos actuales que pasan del micro al macro y que logran aumentar la observación hasta un factor 16x. Analizar campos de muestra más amplios que los microscopios normales y seguir los pasos del gen a la célula y de ésta al animal, se convierte en las principales funciones de estos aparatos.

Dependiendo de la disciplina, la función y el objeto de estudio de cada científico, los microscopios han adquirido diferentes aplicaciones, de ahí los distintos tipos de herramientas que se utilizan en el laboratorio: microscopio de luz, steromicroscopio, microscopio quirúrgico, confocal, microscopio selección de material, etc. Con el tiempo, los microscopios se han convertido en aparatos de última generación que dan lugar a imágenes asombrosas y que permiten resolver dudas casi “existenciales” para los investigadores.