Background Image
Centro de Investigaciones en Óptica

Microscopia óptica: al pendiente de los detalles

Galería
Background Image

La microscopía óptica ha jugado un papel preponderante para el desarrollo de diversas áreas del conocimiento, desde manufactura industrial hasta ciencias de la salud. Esto nos ha permitido avanzar en el desarrollo tecnológico que disfrutamos hoy en día y a su vez, incrementar nuestra esperanza de vida, gracias a que es una herramienta fundamental que permite una observación metódica del entorno celular.

Probablemente el contacto que hemos tenido con los microscopios pudiese pasar desapercibido si lo relacionamos solamente al uso de un sistema microscópico simple, como los existentes en algunos laboratorios de química o biología en secundaria o preparatoria. Existe evidencia de que los primeros microscopios se inventaron alrededor del siglo XVII (ca. 1600) aunque se considera como el primer diseño formal el presentado por Leeuwenhoek en 1675.

Desde la construcción del primer microscopio óptico hasta la actualidad, incontables mejoras se han realizado con el propósito de ver objetos cada vez más pequeños sin perder los detalles que los componen. Desde sus principios, la microscopía óptica ha evolucionado con una única finalidad: visualizar y concebir mejor los detalles más íntimos de una imagen biológica microscópica; por ejemplo, las componentes principales de la unidad fundamental de la vida: la célula.

Los últimos desarrollos de la microscopía óptica han permitido comprender los procesos de reconocimiento biomolecular y biomecánicos internos, productos de múltiples procesos de transcripción celular, los cuales son temas de gran interés para estudios sobre biología celular.
La microscopia moderna está principalmente orientada a ser un facilitador para observar con detalle procesos biológicos microscópicos. Puesto que los microscopios han sido desde un inicio objeto del estudio de la Óptica, no es extraño que esta ciencia actualmente sea coadyuvante para realizar nuevos descubrimientos, avances y comprensión de mecanismos que se presentan en la interacción de la célula con el medio que lo rodea y de cómo responden ante la presencia de bioespecímenes desarrollados para la prevención de enfermedades.
El desarrollo de nuevas técnicas de visualización macro y microscópica, en conjunto con el progreso en el diseño y fabricación de nuevos materiales ópticos bioamigables (en el sentido de que un organismo vivo los pueda procesar y desechar), permitirán visualizar características celulares que no eran posibles utilizando solamente un microscopio óptico común, así como identificar nuevos procedimientos en el seguimiento e interpretación de datos derivados de los mecanismos de comunicación intracelular.

Como consecuencia estos estudios derivarán en la generación de nuevas oportunidades para la fabricación de fármacos enfocados a la prevención y tratamiento de enfermedades como el cáncer, así como en el desarrollo de nuevos protocolos de medicina regenerativa y transcripción genética. Esta gama de oportunidades traerá consigo la consolidación de nuevas ciencias que engloban conocimientos híbridos entre biología, ingeniería molecular, óptica, materiales y nanotecnología, como actualmente lo son la bionanotecnología y óptica biomédica.

Las técnicas microscópicas de vanguardia, utilizadas para la observación y análisis de muestras biológicas, están íntimamente vinculadas con el desarrollo de materiales que cumplan con dos características esenciales: que sean biocompatibles y que tengan gran capacidad de bioselectividad. Estas dos propiedades son fundamentales para que un ente biológico no se contamine por la presencia del material y que no sea una fuente tóxica que dañe a la muestra; en el caso de la bioselectividad implica que dichos materiales se dirijan y actúen sobre un órgano o parte específica de la muestra biológica bajo análisis. Lo que se logra al introducir este tipo de materiales a una célula, es el de resaltar una pequeña parte de ella incrementando su capacidad de reflejar o transmitir la luz que se utiliza para observarla aún bajo pobres condiciones de iluminación. Otra consecuencia muy importante en la utilización de materiales biocompatibles, es su capacidad de ser utilizados en terapia médica.
En particular, dos técnicas microscópicas específicas se han convertido en el estándar para este tipo de observaciones: la microscopia confocal y la microscopia multifotónica. Éstas han permitido encontrar nuevas e importantes soluciones técnicas en campos como la endoscopía, la cirugía de invasión mínima, dermatología, oftalmología y neurobiología, entre otras.

Debido a la trascendencia de la microscopia confocal y multifotónica, en el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) se trabajaba en esta dirección a través de la adquisición de un sistema microscópico con estas características.

La palabra confocal es el término utilizado para definir una técnica empleada en un microscopio óptico que permite discriminar toda la luz reflejada por un objeto que no proviene del plano donde la imagen está enfocada o mejor definida; esto se logra al introducir en un microscopio un par de pequeñas aperturas a la par de la lente utilizada para iluminar la muestra y de la lente que forma la imagen del objeto. Debido a que al utilizar estas aperturas iluminamos idealmente un punto del objeto, para tener una imagen completa del mismo es necesario escanear punto a punto todo el objeto.

El término multifotónico se refiere básicamente a que iluminamos una muestra u objeto con un color de luz y el objeto absorberá esta energía luminosa y la reemitirá en un color diferente. Este proceso es facilitado al introducir al objeto o muestra biológica, materiales biocompatibles y con excelentes propiedades ópticas, como se comentó en párrafos anteriores. Esta particularidad resulta ser similar al hecho de colocar un par de aperturas en la iluminación y detección de la muestra para resaltar un detalle que necesitemos observar, tal como sucede en el caso confocal.

Con la adquisición del sistema microscópico confocal con capacidad multifotónica, el objetivo principal en el CIO es ampliar las áreas básicas de investigación con la colaboración de expertos en el campo de las ciencias de la salud, química y biología para lograr una sinergia que nos permita dar respuesta a enigmas planteados principalmente en cuanto a la caracterización celular se refiere. Todo esto con el propósito de mejorar la calidad de vida y ser participes en el desarrollo de nuevos tratamientos alopáticos específicos que mejoren la respuesta inmune del organismo cuando es atacado por diferentes enfermedades o bien el comprender los mecanismos complejos involucrados en la regeneración celular.

El CIO reconoce la importancia del aspecto multidisciplinario que conllevan estas nuevas tendencias biotecnológicas, por lo que gran parte de sus proyectos de investigación se complementan trabajando en conjunto con otros centros y universidades; además de que diversas áreas internas enfocan sus investigaciones colaborando en conjunto, aprovechando el potencial académico y tecnológico del centro.

La Óptica como ciencia tiene una vinculación con casi cualquier área de ciencias biológicas e ingenierías. La microscopía óptica es solo un ejemplo de cómo la interacción entre ingeniería mecánica, electrónica y óptica da como resultado un instrumento que sigue siendo una herramienta fundamental para el desarrollo de las ciencias de la salud y biología lo que resulta en la adquisición y retroalimentación de nuevos conocimientos, dando alternativas puntuales sobre el diseño y fabricación de nuevos biomateriales que den solución a alguna patología humana.

Autores:
Dr. J. Mauricio Flores-Moreno y Dr. Rigoberto Castro Beltrán
Centro de Investigaciones en Óptica (CIO)


Galería

Microscopia óptica: al pendiente de los detalles

Ponemos a su disposición todos los archivos originales.
Para descargar las imágenes, favor de hacer clic en cada una de ellas.