El CONICET desarrolló una herramienta para ver estructuras y movimientos nanométricos
El equipo dirigido por el científico Fernando Stefani, investigador del CONICET y director del Centro de Investigaciones en Bionanociencias "Elizabeth Jares Erijman" (CIBION, CONICET), desarrolla y aplica nuevos métodos ópticos para visualizar estructuras y movimientos nanométricos.
En 2021, junto a colaboradores de Alemania dirigidos por Philip Tinnefeld, de la Universidad Ludwig Maximilians, presentaron en la revista Nano Letters el perfeccionamiento de la herramienta MINFLUX, capaz de determinar la posición de moléculas fluorescentes con una precisión sin precedentes, al llevarla a la máxima velocidad usando pulsos láser intercalados.
Stefani ya había participado del desarrollo de MINFLUX junto con el Premio Nobel de Química Stefan Hell, a fines de 2016. Ahora, el científico del CONICET, junto con el equipo de Tinnefeld, presentaron en la revista Nature Photonics una serie de experimentos con MINFLUX por pulsos intercalados (pMINFLUX) que redefinen los límites conocidos y abren nuevas perspectivas para el estudio de movimientos a nivel nanométrico y molecular.
La escala nanométrica implica dimensiones extremadamente pequeñas, medidas en nanómetros (nm), donde un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro. Un cabello humano tiene un diámetro que puede variar entre unos 20.000 a 180.000 nm. Un glóbulo rojo tiene un diámetro de 8.000 nm., mientras que una bacteria mide unos 2.000 nm. Trabajar en el ámbito nanométrico permite explorar y manipular estructuras muy pequeñas.
"Sabíamos que pMINFLUX funciona extremadamente bien para seguir el movimiento de moléculas individuales. Esto es muy importante porque nos permite observar trayectorias y estudiar el funcionamiento de células biológicas y de nano-máquinas sintéticas. pMINFLUX permite seguir dos moléculas a la vez con la misma precisión nanométrica. Esto abre la puerta a monitorear interacciones entre moléculas, lo cual es importantísimo en biomedicina. Otro avance clave que se demuestra es la capacidad de ubicar una molécula que absorbe luz, pero que no emite. Hay una amplia variedad de aplicaciones en donde estas capacidades se pueden usar para obtener nueva información; nosotros nos vamos a enfocar en las aplicaciones biológicas", advierte Stefani.
Hacia el futuro de la medicina
Stefani explicó que se está adaptando el pMINFLUX para aplicarlo en células vivas y observar sus movimientos internos con una resolución que antes era imposible. En eso trabajan la becaria doctoral Florencia Choque, Lucía López y Alan Szalai, integrantes del grupo de nanofísica aplicada que dirige Stefani.
Un ejemplo de aplicación es el que se trabaja en colaboración con el Instituto de Investigación de Biomedicina de Buenos Aires (IBIOBA, CONICET-MPSP), para medir con máxima resolución espacio-temporal el transporte axonal. Los axones forman parte de las neuronas y pueden medir varios metros. Para crecer y sostener su funcionamiento de forma correcta, las neuronas tienen una maquinaria molecular que les permite transportar materiales de una punta a la otra. Estos envíos se hacen a través de unas proteínas motoras.
Stefani planteó que contar con pMINFLUX s representa una gran oportunidad: "Vamos a poder estudiar el transporte axonal con una resolución espacial de un nanómetro o menos y con una resolución temporal que puede llegar a los microsegundos. Esa combinación no se puede alcanzar con otros métodos. Junto al grupo del investigador Tomás Flazone, del IBIOBA, queremos observar el transporte axonal en neuronas sanas y en otras que presentan alguna modificación genética asociada a enfermedades neurodegenerativas. Estas afecciones se concretan luego de décadas, sus mecanismos son sutiles y requieren de observaciones con alta resolución y precisión para descifrarlos". Esta investigación puede permitir establecer un vínculo directo entre mutaciones y mecanismos que producen la enfermedad, lo cual es clave para diseñar posibles terapias.
Si bien el CIBION se plantea utilizar estas herramientas de visualización sobre sistemas biológicos, también pueden ser usadas en medios inorgánicos. Por ejemplo, es posible observar cómo se difunden las moléculas por poros nanométricos y así revelar la estructura y conectividad de materiales nanoporosos sintéticos, y también naturales, como son las rocas de los reservorios no convencionales de petróleo (shale oil).
