Construyen un microscopio único en Latinoamérica para estudiar la plasticidad neuronal de moscas vivas y entender mejor el reloj biológico
Gracias a un subsidio de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de los Estados Unidos, científicos argentinos avanzan en la construcción del primer microscopio de lámina de luz de un solo objetivo de la región. Pensado, diseñado y programado por ellos mismos, la nueva herramienta que se construye en la Fundación Instituto Leloir permitirá observar en tiempo real cambios en las neuronas “reloj” de ejemplares de Drosophila melanogaster, especie que comparte mecanismos biológicos con los seres humanos.
BUENOS AIRES – (Agencia CyTA-Leloir).- Como parte de un proyecto multidisciplinario que incluye biólogos, físicos y bioingenieros, avanza la construcción de un microscopio único en América Latina en una sala especial de la Fundación Instituto Leloir (FIL). Diseñado a medida para estudiar en tiempo real y con alto nivel de detalle los cambios que experimentan a lo largo del día las neuronas “reloj” de moscas adultas vivas, algo imposible hasta ahora por las limitaciones de la tecnología disponible, la meta es poder entender mejor el funcionamiento de los ritmos circadianos –períodos de sueño y vigilia con impacto directo en la salud– en un modelo animal que comparte mecanismos biológicos con los seres humanos.
La doctora en Biología Fernanda Ceriani, jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la FIL, investiga desde hace años el reloj biológico en moscas de la fruta (Drosophilas melanogaster). Pero quería dar un paso más allá y obtuvo un subsidio de los Institutos de Salud de los Estados Unidos (NIH) por un proyecto que, entre otros objetivos, establecía la construcción de un innovador microscopio.
Como la tecnología actual no le permitía evaluar un proceso tan dinámico en organismos adultos vivos –sino que debía recurrir a imágenes estáticas de un momento determinado–, convocó al doctor en Física Julián Gargiulo, investigador del CONICET en el Instituto de Nanosistemas de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM), quien puso toda su creatividad al servicio de las necesidades de la iniciativa. Con la colaboración de su colega Mariano Barella, diseñó un microscopio de última generación, con una lente especial que solo poseen 20 grupos de investigación en el mundo, que ayudará a Ceriani a aprender más sobre el funcionamiento de las neuronas que marcan el tic tac del cerebro y podría alentar eventuales tratamientos para trastornos derivados de su disfunción.
“El reloj biológico no sólo nos dice cuándo tenemos que ir a dormir; también regula el sistema inmune, la digestión, la temperatura corporal, la presión arterial, el funcionamiento de los riñones, la frecuencia cardíaca y hasta los ritmos de ovulación cada 28 días. Y sabemos que cuando por algún motivo no funciona bien, aumenta la susceptibilidad al desarrollo de ciertos tipos de cáncer, enfermedades cardíacas, diabetes tipo 2, infecciones y obesidad”, explicó Ceriani a la Agencia CyTA-Leloir.
Francisco Tassara, Julián Gargiulo y Fernanda Ceriani, junto al microscopio que va tomando forma en una sala del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir.
Una herramienta a medida
Una vez que el microscopio esté terminado y en funcionamiento –a fin de año, estiman– los investigadores podrán examinar y monitorear los cambios de conectividad de las neuronas reloj a lo largo del día en una mosca viva. “Hasta ahora sólo hemos podido abordar este fenómeno mirando los cerebros disectados de grupos de animales distintos, lo cual hace muy difícil describir los detalles”, resaltó Ceriani.
Según Gargiulo, “ninguno de los microscopios disponibles comercialmente era apto para estudiar el fenómeno de la plasticidad neuronal circadiana de la mosca viva con el nivel de resolución espacial que queríamos. Fue entonces que decidimos armar uno nuevo, a medida del proyecto”.
Cuando nació la idea, en pleno 2020, recién asomaba la técnica por la que apostaron: la microscopía llamada “de lámina de luz de objetivo único”. Los microscopios de lámina de luz convencionales suelen tener dos objetivos o lentes, “pero no nos servían, entre otras cosas, porque para ver con detalle a la mosca hay que acercarse mucho con los dos al mismo tiempo y se chocan. El diseño de objetivo único soluciona este problema: para su construcción se requiere una lente especial que posee un corte en diagonal, coloquialmente conocida como ‘Snouty’ (algo así como ‘trompudo’ en español)”, explicó Gargiulo.
La pie
za fundamental del microscopio “a medida” es el Snouty, la lente principal del equipo. Sólo otros 20 grupos de investigación en el mundo lo poseen.
AG. CYTA LELOIR BAIRES
El físico informó que la microscopía de lámina de luz en general surgió para resolver dos grandes problemas de los microscopios confocales, la actual tecnología estándar en biología. Por un lado, su lentitud (tardan mucho en “armar” la imagen deseada); y por otro, el daño que puede generar a las muestras la continua exposición al rayo láser.
“Con la microscopía confocal, si uno quiere obtener una imagen en 3D de la muestra tiene que ir punto por punto con el láser alrededor de todo su volumen. En cada pasada, aunque se lo dirija sobre un sitio determinado, la luz atraviesa toda la muestra cada vez. Con el de lámina de luz, sólo se ilumina lo que a uno le interesa, entonces se reduce muchísimo la fototoxicidad. Y eso es lo que permite trabajar con especímenes in vivo”, ilustró Gargiulo.
Paciencia infinita
Francisco Tassara, un joven bioingeniero del Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA), es el encargado de ensamblar cada una de las 200 piezas que van a componer el primer microscopio de lámina de luz de un solo objetivo de la región. Lo hace en el marco de su tesis doctoral, siguiendo los pasos del meticuloso diseño realizado por Gargiulo y Barella.
“Además de la construcción voy a diseñar experimentos con la mosca donde tenga que usar el microscopio. Para mí, este proyecto es la posibilidad de combinar dos mundos totalmente distintos como la física y la biología, y tiene el agregado de que me voy a encargar de la programación y sincronización de los diferentes componentes. Poder unir todo eso en un mismo proyecto es lo que más me atrae de esta iniciativa”, señaló Tassara.
A mediados de 2021 se instaló la mesa óptica, piedra fundacional del futuro microscopio.
El proceso de compras de los componentes para la construcción del microscopio duró un año y finalizó en diciembre de 2021. Pero a mediados de ese mismo año ya habían podido instalar la mesa óptica sobre la que se construye el aparato, que es antivibratoria y pesa casi una tonelada. Ese fue un verdadero hito para el equipo, que lo considera como la piedra fundacional.
“Hace muchos años que trabajo en óptica y en el desarrollo de microscopios a medida, pero nunca para un tema ligado a la biología, para el estudio de un ser vivo. Este proyecto tiene muchos elementos novedosos, es ambicioso y presenta grandes desafíos”, resumió Gargiulo. Y concluyó: “En lo personal, desarrollar una herramienta que no existía para resolver una pregunta que viene desde la biología me genera mucho entusiasmo”.