Los avances en la adquisición rápida de imágenes tomográficas sitúa la microscopía tradicional en un nuevo nivel
Las imágenes en 3D se han convertido en una herramienta necesaria, especialmente para la investigación, que se beneficia de las imágenes dinámicas de procesos biológicos in vivo. Para satisfacer esta demanda, laboratorios de biología y preclínicos han recurrido a innovaciones tomográficas tales como la tomografía molecular de fluorescencia (FMT) con vistas a obtener imágenes en medios de gran dispersión, así como la tomografía de proyección óptica (OPT) y la microscopía por iluminación de plano selectivo (SPIM) para obtener imágenes en muestras con baja dispersión. Sin embargo, aunque son eficaces, estas herramientas carecen de la productividad o la capacidad de procesar muestras de manera simultánea. La beca para la integración profesional (CIG) Marie Curie respaldó el proyecto HIGH THROUGHPUT TOMO para ofrecer una solución a este problema mediante la creación de un conjunto de herramientas que permitieron obtener imágenes ópticas y análisis de datos con rapidez. Además de las soluciones propuestas, el proyecto HIGH THROUGHTPUT TOMO, coordinado por el profesor Manuel Desco y auspiciado por la Universidad Carlos III de Madrid, se concentró principalmente en el desarrollo de una técnica de tomografía rápida en microscopía. Imágenes 3D a cámara rápida de la vida misma La adquisición de imágenes de lámina de luz tradicionales basada en el método de escaneado utiliza motores para mover las muestras, un proceso que resulta extremadamente lento. Por ejemplo, para procesar doscientas imágenes, se pueden tardar doscientos segundos. El Dr. Jorge Ripoll, beneficiario de la beca Marie Curie CIG, resume el principal resultado del proyecto HIGH THROUGHPUT TOMO: «Hemos optimizado la distribución de hardware y software para reducir la necesidad de movimiento motorizado y la hemos sustituido por el escaneado mediante haces de luz y lentes ajustables de respuesta rápida, del orden de diez milésimas de segundo. De este modo, hemos reducido el tiempo de cada escaneado dividiéndolo entre cien; ahora, solo se necesitan dos segundos para adquirir esas mismas doscientas imágenes, en lugar de doscientos segundos». Ahora mismo, prácticamente todas las mediciones de imágenes in vivo que utilizan organismos modelo, como el pez cebra o la mosca de la fruta, se basan en imágenes de muestras individuales. Esto presenta varias limitaciones, como explica el Dr. Ripoll: «Para obtener resultados científicamente sólidos, tuvimos que repetir estas mediciones en poblaciones de especies más extensas, por lo que se multiplicó el tiempo necesario para una sola muestra por el número de mediciones requeridas. Esto no solo requiere mucho tiempo sino que mantener las mismas condiciones plantea problemas que a menudo se traducen en tener que descartar las mediciones». El avance conseguido por el equipo, junto con algunos cambios geométricos importantes en la configuración de las imágenes ópticas, supone que los investigadores ahora son capaces de generar imágenes de varias muestras al mismo tiempo. El Dr. Ripoll menciona el éxito de la obtención de imágenes in vivo del desarrollo de trece moscas de la fruta de manera simultánea como prueba de concepto. «La posibilidad de analizar estos datos y ver realmente en 3D cómo se desarrolla un organismo complejo es muy emocionante y traslada la microscopía tradicional a una dimensión completamente nueva», explica un entusiasmado Ripoll. Es muy significativo el hecho de que la velocidad puede reducirse todavía más en volúmenes de menor tamaño, lo que permitiría obtener imágenes de diez volúmenes completos en un segundo. La consecuencia práctica de todo ello es que ahora es posible capturar en 3D y a cámara lenta procesos rápidos como el latido del corazón del pez cebra, que no se podían reproducir en imágenes en condiciones normales. Desde la observación a la manipulación, con beneficios para la salud Habida cuenta de la posibilidad de obtener imágenes en 3D de muestras de gran tamaño, como órganos completos, y de manera rápida y eficaz, el impacto sobre la investigación médica está asegurado. Según el Dr. Ripoll: «Estos nuevos enfoques proporcionarán un medio para estudiar la expresión génica y la función molecular a nivel celular al tiempo que se observa el órgano en conjunto, y no cómo imágenes de secciones; esto aporta una información complementaria que antes no se podía conseguir». La tecnología también ofrece la posibilidad de seguir en 3D la evolución y el destino de celdas individuales, lo que ofrece nuevas formas de entender la biología molecular básica; esto podría tener a su vez consecuencias directas para la salud de las personas. Para hacer esta tecnología accesible, el Dr. Ripoll ha fundado, junto con otros, 4D-Nature Imaging Consulting, una organización surgida a raíz de las patentes generadas a lo largo del proyecto. Para el equipo, el siguiente paso es ir más allá de la observación pasiva de un volumen tridimensional y aspirar a influir sobre lo que ocurre a nivel celular. Esto tendrá consecuencias más allá de los estudios in vivo realizados con organismos modelo y alcanzará a los procesos rápidos más generales que se desarrollan en 3D, que se podrán controlar con una resolución de vóxel inferior a la micra.
Palabras clave
HIGH THROUGHPUT TOMO, tomografía óptica, imágenes en 3D, microscopía, escaneado mediante haces de luz, lentes ajustables, in vivo, control celular, expresión génica