Identificación de lípidos: huella química en lugar de tinte
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Un equipo del Instituto Helmholtz de Múnich y la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha desarrollado una nueva técnica de microscopía que permite distinguir las especies lipídicas de las células vivas -en particular el colesterol y la esfingomielina- y cartografiarlas sin necesidad de etiquetado químico. Combinando la iluminación infrarroja media con la detección optoacústica, el método lee las huellas espectrales naturales de los lípidos, eliminando la necesidad de etiquetas fluorescentes específicas, cuyo desarrollo es laborioso y puede interferir con la función lipídica. El equipo publica sus resultados en la revista Nature Methods.
Los lípidos son componentes clave de las membranas celulares y ayudan a controlar la forma en que las células transmiten señales y transportan sustancias. Sin embargo, detectar o visualizar clases específicas de lípidos en células vivas es todo un reto. La microscopía de fluorescencia tradicional requiere el desarrollo de etiquetas fluorescentes personalizadas para cada lípido, un proceso largo y costoso, y estas etiquetas a veces pueden afectar a la función del lípido, estresar a las células o no unirse específicamente al objetivo previsto.
La luz infrarroja media y los ultrasonidos hacen visibles los lípidos sin etiquetas
Un equipo dirigido por el Profesor Vasilis Ntziachristos, Jefe del Centro de Bioingeniería y Director del Instituto de Imágenes Biológicas y Médicas (IBMI) del Helmholtz de Múnich, así como Catedrático y Director de la Cátedra de Imágenes Biológicas de la Universidad Técnica de Múnich, ha abordado este reto desarrollando un nuevo método de microscopía denominado microscopía optoacústica hiperespectral en el infrarrojo medio (HyFOPM), que hace visibles los lípidos sin etiquetas.
El método ilumina la muestra con luz infrarroja media pulsada en múltiples longitudes de onda distintas, lo que se denomina iluminación "hiperespectral". Los lípidos absorben bandas específicas de esta luz, produciendo un pequeño y breve aumento de temperatura que genera ondas ultrasónicas. Estas ondas son detectadas por transductores de ultrasonidos y convertidas en una imagen espectral. El análisis computacional de esta imagen espectral produce mapas que muestran la distribución de los distintos lípidos en la muestra.
"El patrón de absorción es característico de las distintas moléculas y actúa como una huella molecular única", explica la Dra. Francesca Gasparin, científica del IBMI y la TUM y primera autora del estudio. "Esta huella dactilar en el infrarrojo medio nos permite distinguir diferentes lípidos sin necesidad de etiquetas externas".
La región de la huella digital marca la diferencia
Lo que hace único a este método son las longitudes de onda que utiliza. Muchos métodos sin etiquetas se basan en rangos espectrales dominados por enlaces que se encuentran en una gran variedad de biomoléculas, lo que produce señales similares que dificultan la distinción de las distintas clases de lípidos.
En cambio, el equipo se centra en la llamada región de la huella dactilar, en la que los rasgos de absorción proceden predominantemente de modos vibracionales muy característicos de la estructura molecular de cada lípido. Esto significa que el método puede detectar no sólo los componentes básicos de una molécula, sino también cómo están dispuestos entre sí. Al operar en esta región, la técnica puede diferenciar entre especies lipídicas, incluso químicamente similares, como los glicerofosfolípidos y la esfingomielina.
Estrés mínimo para las células
Para comprobar la fiabilidad de estas huellas químicas, el equipo comparó sus mediciones con las de la espectroscopia infrarroja convencional, que sirvió de referencia. Aunque el método tradicional proporciona mediciones precisas de compuestos disueltos y gotas de solución, no es adecuado para células vivas, que requieren una preparación especial que puede estresarlas.
La nueva técnica de microscopía no sólo reproducía los espectros lipídicos esperados en solución, sino que también permitía realizar mediciones directamente en células vivas. "Una de las principales ventajas de HyFOPM es que la observación de lípidos sin etiquetado supone un estrés mínimo para las células vivas", afirma Francesca Gasparin.
Perspectivas: Del cultivo celular a las aplicaciones en pacientes
A largo plazo, los investigadores ven aplicaciones en una amplia gama de investigaciones sobre lípidos, desde la ciencia básica hasta aplicaciones médicas que hasta ahora han sido de difícil acceso.
"Ser capaz de rastrear y cartografiar clases de lípidos en células vivas sin etiquetas abre nuevas vías para comprender procesos patológicos y controlar la actividad metabólica, no sólo en células sino también en seres humanos", afirma el profesor Vasilis Ntziachristos. "El siguiente paso es acelerar el método y probarlo sistemáticamente en sistemas celulares complejos, para acumular conocimientos sobre el desarrollo de enfermedades y la acción de los fármacos. En última instancia, nuestro objetivo es utilizarlo en humanos para la monitorización continua de metabolitos, proporcionando biomarcadores procesables a través de una amplia gama de condiciones dentro del síndrome cardiometabólico y más allá."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Francesca Gasparin, Alexander Prebeck, Alice Soldà, Nasire Uluç, Sarah Glasl, Constantin Berger, Miguel A. Pleitez, Vasilis Ntziachristos; "Differentiation of sphingomyelin and cholesterol by hyperspectral mid-infrared detection of single-bond vibrational modes in the fingerprint region"; Nature Methods, 2026-3-30
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