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Tecnología disruptiva para muestras biológicas: ¿Cómo la microscopía de expansión puede transformar los diagnósticos médicos?
Con el avance de la tecnología, surgen nuevas tecnologías de obtención de imágenes biológicas una tras otra. Entre ellas, la "microscopía de expansión" (ExM), como herramienta innovadora de preparación de muestras, ha atraído una gran atención en la comunidad de investigación biomédica. La idea central de esta tecnología es agrandar estructuras diminutas en muestras de células o tejidos a través de sistemas de polímeros, para que puedan ser capturadas por una gama más amplia de técnicas de microscopía. La llegada de la microscopía de expansión rompe las limitaciones de resolución de los microscopios tradicionales, permitiendo a los investigadores explorar estructuras biológicas más delicadas con un menor costo de equipo.
La microscopía de expansión puede ampliar una muestra hasta 16 veces su tamaño original, lo que permite a los investigadores identificar estructuras pequeñas con equipos estándar.
Principios técnicos
El principio de la microscopía de expansión se basa en la introducción de redes de polímeros en la muestra. La red de polímeros se expande físicamente en respuesta a reacciones químicas, aumentando el tamaño de la estructura biológica. Este proceso evita eficazmente las limitaciones de resolución de los microscopios ópticos tradicionales, especialmente cuando se detectan estructuras diminutas como las vesículas sinápticas, que tienen solo entre 40 y 50 nanómetros de diámetro y la resolución es de solo 200 nanómetros.
Antecedentes históricosEl principio más importante es que la microscopía de expansión no requiere equipo especializado y sus costos de material son casi insignificantes.
La microscopía de expansión se propuso por primera vez en 2015. Con el avance continuo de múltiples estudios y la mejora de la tecnología, se ha aplicado al análisis de diversas muestras biológicas. Esta tecnología ha seguido desarrollándose a lo largo de los años, especialmente en la visualización y secuenciación molecular de moléculas de ARN. En 2022, Hendrickson et al. superaron aún más las limitaciones de la microscopía de expansión y desarrollaron la microscopía reveladora de expansión, ampliando aún más su ámbito de aplicación.
Áreas de aplicación
Diagnóstico médico
Los cambios y el potencial que aporta la microscopía de expansión al diagnóstico biomédico son sin duda una de sus características más llamativas. Los microscopios convencionales tienen una capacidad limitada para examinar estructuras celulares y biomoléculas, pero la microscopía de expansión permite a los investigadores médicos obtener imágenes de muestras de tejido con alta resolución sin tener que depender de equipos de alto costo. Estudios recientes sobre enfermedades renales y neoplasias mamarias han demostrado que el uso de la microscopía de expansión es muy eficaz para la detección y el diagnóstico tempranos.
La microscopía de expansión mejora la resolución de la microscopía óptica, lo que hace posible la obtención de imágenes médicas.
Neurociencia
En la investigación en neurociencia, la microscopía de expansión es una herramienta importante para revelar la estructura de los circuitos neuronales. Esta tecnología puede mapear más claramente las neuronas y las sinapsis y localizarlas a nivel molecular, ayudando a revelar cómo funciona el sistema nervioso. Por ejemplo, al ampliar las muestras de cerebro, los investigadores descubrieron características patológicas de la proteína beta-amiloide asociada con la enfermedad de Alzheimer.
Ventajas y desafíosLa principal ventaja de la microscopía de expansión es que no requiere equipos ópticos costosos y puede lograr imágenes de alta resolución con microscopios estándar. Sin embargo, esta técnica también enfrenta muchos desafíos, incluidos posibles fallos en varios pasos del proceso de preparación de la muestra. Por ejemplo, si las células no se digieren completamente, esto afectará la expansión uniforme de la muestra, lo que provocará una distorsión de la imagen. Al mismo tiempo, algunos marcadores fluorescentes tienden a desvanecerse durante el proceso de polimerización, lo que aumenta aún más la dificultad del experimento.
Aunque el potencial de aplicación de la microscopía de expansión es enorme, su funcionamiento específico aún requiere un control riguroso.
A medida que la tecnología continúa mejorando, la aplicación de la microscopía de expansión en el campo biomédico se está expandiendo rápidamente. En el futuro, ¿podría esta tecnología revolucionar nuestra comprensión de las células y sus funciones? ¿Qué nuevas aplicaciones surgirán en futuras investigaciones?
