La iluminación de tres fotones puede activar proteínas en tejidos profundos

CIBER | lunes, 6 de junio de 2016

Un estudio liderado por Ángel Raya, investigador del CIBER-BBN en el Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona, y Dobryna Zolvidea, investigadora del CIBER-BBN en el Instituto de Bioingeniería de Catalunya, aporta por primera vez constatación de uso de una innovadora técnica de activación de células ubicadas en profundidad en tejidos in vivo sin causar ningún daño al organismo. Este trabajo ha confirmado por vía teórica y experimental que la iluminación de tres fotones representa una solución eficiente y no invasiva para la activación de proteínas en tejidos profundos. La investigación ha sido publicada recientemente en la revista Light: Science & Applications, del grupo Nature, publicación bastante reciente pero con un alto factor de impacto (14,603).

Este avance conceptual y metodológico, que ha estado demostrado en el corazón de peces cebra, permite la manipulación genética no invasiva in vivo con especificidad espacial, temporal y de tipología celular. Además, puede ser utilizado en otros tejidos y modelos animales así como para activar, con resolución espacial y temporal, la expresión de diferentes proteínas pudiendo aportar control del comportamiento celular individual o múltiple in vivo y a largo plazo. Así pues, puede tener una amplia aplicación en biología experimental, siendo una gran oportunidad para la futura investigación en biomedicina.

“Además de ser capaces de visualizar tejidos o embriones en profundidad, ahora hemos demostrado que también podemos controlar su comportamiento celular. Esto capacitará a los científicos para diseñar experimentos (como el desarrollado en este estudio) que antes no eran factibles simplemente porque no llegábamos a las células en cuestión”, destaca Ángel Raya.

Activando un compuesto marcado usando tres fotones en vez de dos, se permite rastrear la progenie de las células de tejidos en profundidad. Las técnicas de marcaje genético son métodos poderosos para identificar la progenie de una célula in vivo. Previamente, la expresión de proteínas en las células se activaba mediante 2 fotones, pero quedaba limitado a células próximas a la superficie debido a la elevada dispersión de los fotones rojos utilizados. Ahora, los autores de este estudio muestran experimental y teóricamente que esta limitación puede ser superada usando tres fotones de longitud de onda más larga. Los investigadores marcaron las células musculares del corazón de embriones de pez cebra y descubrieron que la progenie de estas células en peces adultos estaba marcada de manera permanente sin causar ningún daño remarcable en los tejidos. Por lo tanto, como ya se ha mencionado anteriormente, estamos ante un prometedor descubrimiento para activar un amplio rango de diversas proteínas in vivo.

“Nuestro estudio constata el extraordinario poder de la investigación multidisciplinar: cuando los físicos y los médicos se empiezan a entender unos a otros y suman esfuerzos, se desencadenan ideas rompedoras y desarrollos tecnológicos innovadores”, añade Dobryna Zalvidea.

Pez cebra: Un modelo animal útil en investigación

El pez cebra es un pequeño pez tropical con un rápido desarrollo y grandes puestas de embriones transparentes. Estas propiedades ofrecen numerosas ventajas a los investigadores interesados en ámbitos como el desarrollo embrionario, la regeneración, el estudio de ciertas enfermedades y el descubrimiento de fármacos.

Debido al elevado grado de conservación con otros vertebrados y también con los humanos, los peces cebra se han convertido en una herramienta importante para muchas áreas de investigación en biomedicina. Su capacidad de regeneración y el amplio conocimiento de su genoma nos permiten aproximarnos a nuevas áreas de la medicina regenerativa. La Plataforma de Peces Cebra es parte de las Biocores que el Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona ofrece para la comunidad científica, tanto si proviene de fuera como de dentro del mismo centro.

Todos los experimentos con peces cebra fueron realizados siguiendo los procedimientos aprobados por el Comité Ético en Animales Experimentales del Parque Científico de Barcelona y del Parque de Investigación Biomédica de Barcelona.

En esta investigación, han participado también investigadores de la École Normale Supérieure—PSL Research University (Paris) y Sorbonne Universités (UPMC Univ, Paris). Ha sido posible gracias al Mineco, al Programa I3, al ISCIII/FEDER, a AGAUR, a la Fundación la Marató de TV3 y al Consejo Europeo de Investigación (ERC).

Publicación de referencia:

Long-term in vivo single-cell lineage tracing of deep structures using three-photon activation. Isil Tekeli, Isabelle Aujard, Xavier Trepat, Ludovic Jullien, Ángel Raya, Dobryna Zalvidea. Light: Science & Applications

doi:10.1038/lsa.2016.84

Imágen: Imágenes del estudio. A la izquierda, corazón de un pez cebra adulto donde se visualiza en verde la descendencia de las células marcadas. A la derecha, ampliación de la zona marcada, mostrando células cardíacas fotoactivadas en verde, entremezcladas con células sin marcar.

Ciberbbn