La detección de fuerzas físicas es uno de los desafíos más complejos que enfrenta la ciencia. Aunque la manzana de Newton ha resuelto durante mucho tiempo el problema de la gravedad, la imagen de las fuerzas físicas que actúan en las células vivas sigue siendo uno de los principales misterios de la biología actual. Considerado para jugarLas herramientas químicas para visualizar las fuerzas físicas en acción no tienen un papel decisivo en muchos procesos biológicos, pero hoy en día, investigadores de la Universidad de Ginebra UNIGE y el Centro Nacional de Competencia en Investigación NCCR en Biología Química, Suiza, han desarrollado sondas inspiradas en la cocción de la langosta, que permiten ingresar a las células. Por primera vez, las fuerzas físicas pueden visualizarse en vivo dentro de las células. Estos resultados, un punto de inflexión en el estudio de las ciencias de la vida, se pueden encontrar en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
Desde su creación en 2010, uno de los objetivos centrales de NCCR Chemical Biology ha sido resolver el problema de detectar fuerzas físicas celulares. "Nuestro enfoque para crear sondas de tensión se inspiró en el cambio de color de camarones, cangrejos o langostas durantecocinar ", dice Stefan Matile, profesor del Departamento de Química Orgánica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y miembro del NCCR. En los camarones vivos, las fuerzas físicas de las proteínas circundantes aplanan y polarizan el pigmento carotenoide, llamado astaxantina, hastase vuelve azul. "Durante la cocción, estas proteínas se despliegan y el pigmento de la langosta puede recuperar su color naranja oscuro natural", continúa el químico de Ginebra. Intrigado por estos crustáceos, el desarrollo de sondas fluorescentes que operan bajo el mismo principio de planarización y polarización requiereunos ocho años de investigación
Las sondas de fuerza externas han demostrado su valía
El año pasado, los equipos de NCCR finalmente produjeron la primera sonda fluorescente capaz de obtener imágenes de las fuerzas que actúan sobre la membrana externa, llamada membrana plasmática, de células vivas. Las solicitudes de muestras de más de 50 laboratorios de todo el mundo respondieron de inmediato ael lanzamiento de estos resultados, lo que demuestra la importancia de este avance para las ciencias de la vida. Para satisfacer esta demanda, las sondas de fuerza de UNIGE se lanzaron bajo la marca Flipper-TR® a fines del año pasado.
¿Qué pasa con las fuerzas internas de las células?
El estudio de las fuerzas que se aplican fuera de las células no se limita a herramientas químicas para imágenes de fluorescencia. Las superficies celulares son accesibles para herramientas físicas como micropipetas, pinzas ópticas, voladizos de microscopios de fuerza atómica, etc. "Pero estas herramientas físicas obviamente no sonaplicable al estudio de las fuerzas dentro de las células ", dice Aurélien Roux, profesor del Departamento de Bioquímica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y miembro del NCCR." Organelos como las mitocondrias, responsables de la producción de energía; retículo endoplásmico,responsables de la síntesis de proteínas; los endosomas, responsables del tráfico de material hacia y dentro de las células; o el núcleo, que almacena la información genética, simplemente está fuera del alcance de las herramientas físicas desde el exterior ". Hasta hoy, la visualización de las fuerzas que operan y controlan estos orgánulos en el interior¡las células aún eran imposibles, aunque esenciales para comprender su función!
Este desafío fundamental en las ciencias de la vida ahora se está cumpliendo. El equipo de NCCR, liderado por Stefan Matile, Aurélien Roux y Suliana Manley, profesora del Instituto de Física EPFL, también miembro del NCCR, logró introducir sus sondas de fuerza enlas células y marcan selectivamente los diversos orgánulos. Ahora pueden mostrar, por ejemplo, cómo aumenta la tensión en las mitocondrias que comienzan a dividirse. "Por primera vez, las fuerzas físicas pueden ser vistas en vivo dentro de las células", dice entusiasmado.Aurélien Roux. Esta nueva herramienta química finalmente permite a los científicos lograr lo que han querido hacer durante mucho tiempo: "Estas nuevas sondas ahora nos ofrecen la oportunidad de abordar la mecanobiología y revolucionar el estudio de las ciencias de la vida", concluye Stefan Matile.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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