Nuevas técnicas de microscopía controlan células vivas
Una combinación de microscopía inteligente y optogenética permite el control en tiempo real de las células.
Josiah B. Passmore, Alfredo Rates, Jakob Schröder, Menno T. P. van Laarhoven, Vincent J. W. Hellebrekers, Henrik G. van Hoef, Antonius J. M. Geurts, Wendy van Straaten, Wilco Nijenhuis, Florian Berger, Carlas S. Smith, Ihor Smal, Lukas C. Kapitein
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La microscopía inteligente es una forma elegante de decir que los microscopios se están volviendo más inteligentes y adaptables. Ahora pueden analizar muestras En tiempo real y hacer ajustes durante el proceso de imagen. Esto significa que mientras los científicos están mirando mundos diminutos, el microscopio también está trabajando duro para obtener las mejores fotos posibles sin dañar las muestras.
Una de las herramientas más geniales en este kit de alta tecnología es la Optogenética. Esta técnica utiliza la luz para controlar células en organismos vivos. Es como tener un control remoto para las células: cuando los científicos iluminan con luz, pueden hacer que las células hagan cosas específicas. Juntas, la microscopía inteligente y la optogenética crean un dúo potente, permitiendo a los investigadores observar e incluso controlar procesos biológicos al mismo tiempo. Piénsalo como si los científicos estuvieran jugando un videojuego con células vivas, pero en lugar de usar joysticks, usan luz.
La necesidad de mejores técnicas de imagen
En el pasado, cuando los científicos examinaban muestras bajo un microscopio, a menudo tenían que lidiar con el daño potencial a esas muestras. Demasiada luz y la muestra podría sufrir Fototoxicidad, lo que puede dañar las células que están estudiando. Es un poco como tratar de tomarse una selfie con una cámara de flash en una habitación oscura: mucha luz, pero podrías terminar con una foto sobreexpuesta.
Para evitar esos problemas, se han desarrollado tecnologías de microscopía inteligente. Estos sistemas avanzados pueden cambiar la forma en que observan las muestras según lo que ven en tiempo real. Si el microscopio se da cuenta de que una parte específica de una muestra no está funcionando, puede ajustar sus configuraciones al instante. Esto es un gran avance en la preservación de la salud de la muestra y mejora la calidad de las imágenes.
Observación pasiva vs. control activo
Muchos microscopios inteligentes empezaron con observación pasiva. Podían rastrear objetos en movimiento y ajustar los parámetros de imagen, pero no influían activamente en lo que estaba pasando en la muestra. Es como ver una película sin poder pausar o cambiar la trama. Simplemente tienes que aceptar lo que ves.
Sin embargo, con la optogenética, los científicos pueden controlar activamente las células. Piénsalo como estar en la silla del director de una película, donde no solo pueden ver cómo se desarrollan las escenas, sino también dirigir a los actores para que realicen acciones específicas. Al combinar la microscopía inteligente con la optogenética, los científicos pueden alcanzar nuevas alturas en su investigación al controlar procesos mientras los observan.
La plataforma innovadora
Imagina un microscopio que puede hacerse cargo de un proyecto, guiando las células a lo largo de caminos predeterminados. ¿Suena a ciencia ficción? ¡No lo es! Esta nueva plataforma reúne la microscopía inteligente y la optogenética para crear un sistema que no solo puede observar, sino guiar a las células con patrones de luz e intensidad.
La plataforma es modular, lo que significa que se pueden cambiar partes para adaptarse a diferentes experimentos. Esta adaptabilidad permite que se ajuste para varios usos, convirtiéndola en una herramienta útil en el laboratorio. Cuando los científicos quieren rastrear cómo se mueven las células, el microscopio puede tomar una imagen, analizarla y luego ajustar su configuración para que las células sigan moviéndose en la dirección correcta.
Probando las nuevas técnicas
Para ver qué tan bien funciona esta plataforma en acción, los científicos primero observaron cómo podían moverse las células. Se dirigieron a las células con una técnica que usa luz para alentarlas a migrar de maneras específicas. Piénsalo como entrenar a un perro para que siga golosinas a lo largo de un camino. Al iluminar ciertas áreas, los científicos podían hacer que las células fueran a donde querían, ayudándolas a mantenerse en camino.
Cuando lo probaron, los resultados fueron impresionantes. Descubrieron que podían mantener las células moviéndose a lo largo de un camino específico durante horas. Las células se mantenían tan cerca de su camino previsto que era como si tuvieran un GPS guiándolas.
Los científicos también descubrieron que podían ajustar la velocidad de movimiento de las células solo cambiando la intensidad de la luz. Si aumentaban la luz, las células aceleraban; cuando disminuían la luz, las células se desaceleraban. Esta flexibilidad significa que podían encontrar la configuración adecuada para sus experimentos.
Controlando múltiples células
La plataforma no solo era genial para guiar una célula, sino que también era excelente para controlar varias células al mismo tiempo. Con patrones de luz, múltiples células podían ser dirigidas en sus propios caminos, evitando colisiones. Imagina una intersección ocupada donde todos los coches saben a dónde ir, pero aún así logran no chocar entre sí.
Los científicos confirmaron que incluso con diferentes velocidades entre las células, el controlador funcionaba perfectamente para mantenerlas cerca de sus caminos. Lograron mantener estos caminos para todas las células incluso cuando cambiaron de velocidad. Fue un espectáculo de luz bien coordinado, ¡sin el drama de choques!
Núcleo
Profundizando en elDespués de dominar la dinámica de las células completas, los investigadores centraron su atención en controlar partes más pequeñas dentro de las células, específicamente el núcleo. Querían ver si podían controlar cuánto proteína había dentro de estos pequeños compartimentos ajustando la intensidad de la luz.
En sus experimentos, encontraron que al usar luz para cambiar los niveles de proteína en el núcleo y el citosol (el fluido dentro de la célula), podían mantener un nivel constante de proteína justo donde querían. Era como mezclar la mezcla perfecta de una bebida favorita: conseguir las proporciones justas es esencial.
Superando desafíos
Como con cualquier nueva tecnología, surgieron desafíos. Cada célula es un poco diferente, lo que lleva a variaciones en cómo responden a la misma luz. Los investigadores encontraron que las células con diferentes intensidades de luz podrían no comportarse de la misma manera. Sin embargo, al refinar sus sistemas, crearon un método que podría adaptarse a estas diferencias.
Al usar un sistema de control más inteligente, pudieron ajustar las entradas en tiempo real, mejorando los resultados y ayudando a garantizar una salida más consistente. Piénsalo como tener un director de orquesta que puede adaptarse a la respuesta de cada instrumento a mitad de la actuación.
Conclusión: El futuro de la microscopía impulsada por resultados
En resumen, este nuevo enfoque es una gran noticia. La combinación de microscopía inteligente y optogenética ha abierto puertas para que los investigadores no solo observen cómo se comportan las células vivas, sino también para guiarlas y controlarlas en tiempo real. Permite a los científicos derribar algunas de las barreras que enfrentan en la investigación tradicional.
Esta nueva plataforma sienta las bases para futuros estudios. A medida que los investigadores utilizan este método para explorar interacciones complejas entre células, obtendrán conocimientos sobre cómo funcionan los procesos biológicos. ¿Quién sabe? Tal vez algún día ayude a los científicos a responder preguntas que los han desconcertado durante siglos, como a dónde van a parar todos esos calcetines perdidos de la lavandería.
Así que, ¡brindemos por estas mentes brillantes, utilizando tecnología ingeniosa para descubrir los misterios de la vida una célula a la vez!
Título: Outcome-Driven Microscopy: Closed-Loop Optogenetic Control of Cell Biology
Resumen: Smart microscopy is transforming biological imaging by integrating real-time analysis with adaptive acquisition to enhance imaging efficiency. Whereas many emerging implementations are event-driven and focus on on-demand data acquisition to reduce phototoxicity, we here present outcome-driven microscopy, which combines smart microscopy with optogenetics to achieve subcellular spatiotemporal control of biology to predefined outcomes. We validate this approach using light-based control of cell migration and nucleocytoplasmic transport, and demonstrate unprecedented spatiotemporal control over cellular behaviour.
Autores: Josiah B. Passmore, Alfredo Rates, Jakob Schröder, Menno T. P. van Laarhoven, Vincent J. W. Hellebrekers, Henrik G. van Hoef, Antonius J. M. Geurts, Wendy van Straaten, Wilco Nijenhuis, Florian Berger, Carlas S. Smith, Ihor Smal, Lukas C. Kapitein
Última actualización: Dec 17, 2024
Idioma: English
Fuente URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.12.628240
Fuente PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.12.628240.full.pdf
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