Microscopia de células vivas a concentraciones de oxígeno establecidas
Al respirar, se inhala oxígeno atmosférico que, a continuación, es transportado por la sangre al resto del organismo para favorecer la producción de energía. La concentración normal de oxígeno en los tejidos oscila entre el 4 y el9 %, muy por debajo de la concentración atmosférica (21 %). Una concentración de oxígeno por encima (hiperoxia) o por debajo (hipoxia) del umbral normal puede ser perjudicial para las células y los tejidos. Un ejemplo de ello es la isquemia, que puede provocar un infarto agudo de miocardio, o la acidificación de los músculos durante el ejercicio. Los tumores sólidos grandes también suelen ser hipóxicos debido a su mala vascularización, lo que obstaculiza en gran medida la respuesta al tratamiento.
Una novedosa cámara de microscopia para ajustar la concentración de oxígeno
Los ensayos celulares se emplean de forma habitual en los procesos de descubrimiento de fármacos, que son esenciales para las crecientes necesidades médicas de la sociedad. La mayoría de ellos se llevan a cabo con métodos de microscopia de células vivas que emplean potentes marcadores de contraste fluorescentes, que permiten observar señales individuales en células vivas en tiempo real y con alta resolución. Con todo, estos ensayos se realizan en condiciones de concentración de oxígeno ambiental, que son hiperóxicas para las células. El equipo del proyecto MICROX, acometido con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA, por sus siglas en inglés), se propuso desarrollar una cámara de microscopia hermética que permitiera a los investigadores trabajar con concentraciones de oxígeno establecidas de forma arbitraria. «Nuestro objetivo era reproducir las condiciones “in vivo” de las células y los tejidos y, de este modo, lograr que los ensayos celulares fueran más adecuados y precisos», explica Kees Jalink, coordinador del proyecto. Se ha demostrado que es muy difícil lograr verdaderas condiciones hipóxicas en un microscopio y, al mismo tiempo, garantizar un buen acceso a las células para poder agregar hormonas y fármacos para estudiar los mecanismos de señalización. La cámara de microscopia propuesta se desarrolló y empleó satisfactoriamente para la experimentación sistemática con diferentes concentraciones de oxígeno. Con esta configuración, se puede modificar la concentración de gas (oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono) en tan solo unos minutos y, de este modo, conseguir unas condiciones de hipoxia absoluta, con una concentración de oxígeno fiable por debajo del 0,5 %. La configuración de MICROX supera a todas luces las tecnologías comerciales existentes.
Señalización celular a diferentes concentraciones de oxígeno
Los investigadores también validaron la funcionalidad de los sensores fluorescentes disponibles en condiciones de hipoxia y examinaron el efecto de diferentes concentraciones de oxígeno en fenómenos esenciales de señalización celular. El trabajo se centró en el monofosfato de adenosina 3',5' cíclico (AMPc), un nucleótido que actúa como segundo mensajero clave en diferentes rutas de transducción de señales que convierten señales extracelulares recibidas por los receptores de la superficie celular en señales intracelulares. El AMPc tiene un ciclo de vida rápido y regula varias funciones celulares como, por ejemplo, el crecimiento y la diferenciación celular, la transcripción de genes y la expresión de proteínas. Olga Kukk, beneficiaria de una beca de investigación individual MSCA, comenta: «Aunque la hipoxia a largo plazo activa el factor 1 inducible por hipoxia y modula la transcripción de genes, nuestra hipótesis era que el efecto inmediato (de segundos a unas pocas horas) de la hipoxia en la señalización celular sería independiente de la transcripción». Curiosamente, los investigadores no lograron corroborar esta hipótesis en varios sistemas de señalización rápida que estudiaron, ya que no observaron alteraciones aparentes de las señales.
La promesa de la microscopia MICROX en el descubrimiento de fármacos
La configuración de microscopia MICROX permite regular por completo las condiciones atmosféricas, un paso fundamental en el desarrollo de ensayos celulares fisiológicos para el cribado de compuestos bioactivos. Además, se espera que contribuya a la investigación de fenómenos dinámicos en células vivas, que requieren una gran resolución temporal y espacial.
Palabras clave
MICROX, concentración de oxígeno, hipoxia, cámara de microscopia, AMPc, hiperoxia, cribado de fármacos
