Ventana a un nuevo mundo
Dos norteamericanos y un alemán ganaron el premio por haber diseñado microscopios ópticos que permiten eludir un límite –hasta ahora considerado infranqueable- que impedía observar con detalle el mundo de lo infinitamente pequeño. Uno de estos “nanoscopios” está en Exactas UBA y fue construido por Mariano Bossi, profesor de la Facultad que trabaja con uno de los galardonados.
Eric Betzig Stefan Hell William Moerner
“Si bien es una persona muy ocupada, él siempre dice que su oficina está abierta. Y uno puede ir y discutir con él”, cuenta Mariano Bossi, investigador del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE, UBA-CONICET).
Bossi se refiere al alemán Stefan Hell, con quien trabaja desde hace años. “Estuve cuatro años allá y volví a la Argentina en 2008 con un programa de repatriación. Actualmente tengo un partner group con él y publicamos trabajos juntos”.
De hecho, hace pocos días, un trabajo de Stefan Hell en el que Bossi es co-autor fue publicado en la tapa de la revista científica Chemistry: a European Journal.
Hell, junto con los norteamericanos Eric Betzig y William Moerner, acaban de recibir el premio de la Academia Sueca por haber diseñado microscopios ópticos que permiten lo que se consideraba imposible: observar estructuras vivas con un detalle menor a los 200 nanómetros (1 nanómetro es la mil millonésima parte de un metro). Por eso, a los dispositivos se los llama “nanoscopios”.
Aunque existen microscopios electrónicos con los cuales se pueden observar estructuras menores al nanómetro, estos no permiten trabajar con células y organismos vivos, que es la principal ventaja de los microscopios ópticos. “Hell usó su técnica para observar cambios en la estructura y dinámica de espinas dendríticas en el cerebro de un ratón vivo anestesiado”, ilustra Bossi.
En 1873, el físico alemán Ernst Abbe demostró mediante ecuaciones que el fenómeno de difracción de la luz limita la posibilidad de ver objetos menores a los 200 nanómetros con dispositivos ópticos.
Los tres laureados con el Nobel lograron, mediante diferentes técnicas, sortear ese límite físico que se consideraba infranqueable. “El límite de la difracción sigue estando ahí”, aclara Bossi, y añade: “Lo que hicieron fue utilizar un truco que permitió eludirlo”.
El truco de Hell consiste en iluminar las estructuras que se quiere observar -previamente marcadas con sustancias fluorescentes- con dos haces. “Uno de los láseres enciende o hace brillar los marcadores fluorescentes mientras que el otro ‘apaga’ aquellos que se encuentran fuera del centro, es decir, fuera del área que se quiere estudiar”, explica Bossi. De esta manera, se consigue un “contraste” que permite visualizar objetos que están por debajo del límite de Abbe.
Por su parte, Moerner y Betzig –cada uno por su lado- encararon el problema de sortear el límite de la difracción utilizando una variante de una proteína fluorescente que está presente en un tipo de medusa.
Moerner había demostrado en 1997 que era posible “encender” y “apagar” a voluntad la fluorescencia de una sola molécula de esa proteína.
Betzig –que había abandonado la investigación científica hacía algunos años- se inspiró en el descubrimiento de Moerner para hacer realidad un viejo anhelo en el que había fracasado y por lo cual había dejado la ciencia: eludir el límite de Abbe. Primero marcó la estructura que quería observar (un lisosoma, que es una organela de la célula) con la proteína fluorescente. Luego, mediante pulsos débiles de luz logró encender diferencialmente distintas moléculas de dicha proteína que estaban a distancias mayores al límite de difracción y tomó una fotografía. Esto permite calcular la posición de cada molécula con una mejor precisión que el límite de difracción. Después, repitió ese experimento varias veces pero, en cada caso, encendía moléculas distintas respetando el límite de Abbe. Finalmente, superpuso las posiciones de todas las moléculas medidas y obtuvo una imagen completa del lisosoma con un detalle menor a los 200 nanometros.
“En teoría, estas técnicas tienen un poder de resolución ilimitado. Pero, en la práctica, al menos con la técnica de Hell, si se quiere seguir aumentando el detalle de lo que se quiere observar se debe aumentar la potencia del laser y eso puede descomponer las sondas fluorescentes o dañar el tejido que se está observando”, señala Bossi. “De todos modos, no tiene mucho sentido práctico mejorar la resolución más allá del tamaño molecular, porque se perdería la perspectiva”, aclara.
Nanoscopio construido por un grupo de investigadores argentinos liderados por Mariano Bossi. Se encuentra en Exactas UBA. Foto: Diana Martinez Llaser
Según el investigador, el nanoscopio “abre un campo muy importante para el estudio en detalle de lo que sucede en el interior de la célula in situ y en organismos in vivo”.
Utilizando la tecnología desarrollada por Hell, el grupo de investigación liderado por Bossi logró construir un nanoscopio, el cual se encuentra instalado en el tercer piso del Pabellón II de Ciudad Universitaria. Allí, Bossi trabaja en el desarrollo de nuevas moléculas fluorescentes. También, utiliza el nanoscopio para llevar a cabo estudios sobre cómo se distribuyen ciertas proteínas en la célula y para analizar la conformación de algunos polímeros.
En noviembre de 2013, Stefan Hell estuvo de visita en la Argentina para dar charlas de capacitación en el Centro de Investigaciones en Bionanociencias, que funciona en el Polo Científico Tecnológico. “En esa oportunidad, varios de nuestros estudiantes fueron a esas charlas y hoy están diciendo ‘yo lo vi’ –comenta Bossi-. Es muy valioso para la gente joven haberlo visto y haberlo escuchado y darse cuenta que es una persona, que el Nobel no es inaccesible”.
