En Nijmegen se ha instalado el primer microscopio del mundo capaz de captar imágenes en vivo de procesos biológicos con tal detalle que se pueden ver complejos proteicos en movimiento. Esta nueva técnica microscópica fue desarrollada por investigadores dirigidos por Niko Sommerdijk del Centro Médico de la Universidad de Radboud. Como demostración de esta técnica innovadora, Sommerdijk muestra ahora cómo comienza la calcificación arterial.
Anteriormente, los investigadores se enfrentaban a una elección. Pueden examinar materiales en detalle hasta el nivel molecular utilizando un microscopio, pero sólo en muestras congeladas e inmóviles. Alternativamente, pueden observar material vivo y en movimiento, pero con mucho menos detalle. Los investigadores de Radboudumc han desarrollado una técnica que combina ambos métodos. Esto abre varias posibilidades nuevas para el futuro, como visualizar cómo una vacuna Covid-19 ingresa a una célula o capturar las primeras etapas de la calcificación arterial.
protección
Hubo muchos desafíos técnicos. “Si se quieren ver complejos proteicos con tanto detalle, se necesita un microscopio electrónico”, explica Nico Sommerdijk, profesor de bioquímica ósea en Radboudumk. “Pero el haz de electrones utilizado puede dañar el material biológico y el fluido circundante, lo cual no es deseable cuando se quieren observar procesos naturales en el material durante períodos de tiempo prolongados”.
La solución es aplicar una capa protectora alrededor del material para reducir el daño causado por el haz de electrones. Esto se puede conseguir con grafeno, un material ultrarresistente compuesto por una única capa de átomos de carbono. “Pero tan pronto como lo aplicas, el proceso biológico que deseas capturar comienza inmediatamente”, explica Sommerdijk. ‘Y luego hay que llegar rápidamente al microscopio, localizar el punto correcto en el tejido y configurar el microscopio. Este proceso dura al menos media hora y, a veces, ya ha terminado.’
Calcificación
Sommerdijk y su equipo desarrollaron un método para abordar estos desafíos. Aplicaron una capa de grafeno alrededor del tejido y lo congelaron instantáneamente, deteniendo los procesos biológicos. Luego, utilizando un microscopio óptico, identifican el área específica del tejido que desean visualizar. Después de determinar la orientación correcta, el material se coloca en el nuevo microscopio electrónico, que puede medir el líquido. En esta configuración, el material se calienta, reactivando procesos biológicos, que se visualizan directamente a nanoescala.
Como ejemplo de lo que puede revelar la nueva técnica, Sommerdijk y su equipo ahora muestran cómo el calcio se acumula en una forma que puede conducir a la calcificación de las arterias y las válvulas aórticas. El candidato a doctorado Luko Rutten explica: ‘Si hay demasiado fosfato de calcio en la sangre, una proteína específica del cuerpo puede unirse a él, evitando que se descomponga. Luego el riñón lo limpia. Bajo el microscopio, vemos que estas proteínas forman pequeñas esferas con fosfato cálcico, que aún puede descomponerse. Pero estas esferas pueden crecer y provocar que el fosfato cálcico se convierta en depósitos calcificados que ya no pueden descomponerse.’ Puede contribuir a la calcificación en el cuerpo.
Válvula cardíaca en un chip
Actualmente, no existe ningún tratamiento para las válvulas aórticas calcificadas aparte del reemplazo valvular total. “Todavía no sabemos exactamente qué ocurre con este tipo de calcificación, por lo que aún no existe ningún medicamento”, afirma Sommerdijk. Su objetivo es estudiar esto más a fondo con nuevos microscopios y recientemente recibió una subvención ERC Advanced para respaldar este trabajo. En este proyecto pretende crear una “válvula cardíaca en un chip”. Inicialmente se trataba de un modelo de válvula sana, en la que luego introduciría calcificación. Este proyecto comenzará en 2025.