En una peque\u00f1a sala del laboratorio del Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), donde caben unos pocos aparatos y una microcomputadora, se manipula un instrumento de alto poder de resoluci\u00f3n que es \u00fanico en Brasil: el microscopio de fuerza at\u00f3mica aplicado al \u00e1rea biol\u00f3gica modelo Bioprobe. Una t\u00e9cnica creada por el investigador Ricardo de Sousa Pereira permite que dicho instrumento, instalado en el laboratorio del Departamento de Parasitolog\u00eda, mapee la superficie de c\u00e9lulas vivas e identifique con precisi\u00f3n los puntos en los cuales ocurren, por ejemplo, fen\u00f3menos tales como la entrada y salida de iones de calcio. En ese caso, dice Pereira, “tal t\u00e9cnica se basa en la inmobilizaci\u00f3n de medicamentos bloqueadores de calcio en la punta de la sonda del aparato”, lo que permitir\u00e1 el desarrollo de bloqueadores de calcio m\u00e1s eficientes para bajar la presi\u00f3n arterial.<\/p>\n
El proyecto\u00a0Utilizaci\u00f3n de Biosensores Hechos con la Sonda del Microscopio de Fuerza At\u00f3mica Aplicado al \u00c1rea Biol\u00f3gica para Mapear Canales de Iones en la Superficie de C\u00e9lulas<\/em>, dirigido por Pereira y financiado por la FAPESP, comenz\u00f3 en diciembre de 1998 y ser\u00e1 concluido en diciembre de 2001. El investigador remarca que la gran ventaja de ese aparato reside en la posibilidad de visualizar material vivo: “Un microscopio electr\u00f3nico de barredura tiene un poder de visualizaci\u00f3n comparable al de fuerza at\u00f3mica, pero el fijador utilizado en la preparaci\u00f3n de la muestra mata a las c\u00e9lulas”.<\/p>\n Seg\u00fan Pereira, las informaciones obtenidas por el Bioprobe permitir\u00e1n desarrollar medicamentos m\u00e1s eficaces, ya que \u00e9stos tendr\u00e1n una actuaci\u00f3n bien localizada: los bloqueadores de calcio solo actuar\u00e1n en los canales de calcio de las c\u00e9lulas, a trav\u00e9s de los cuales el mineral atraviesa la membrana celular, lo que redunda en un alto grado de eficiencia en el bloqueo a la entrada excesiva del mineral en las c\u00e9lulas. Otra ventaja es la ausencia pr\u00e1cticamente de efectos colaterales, ya que los medicamentos no interferir\u00edan en ning\u00fan otro proceso qu\u00edmico del organismo, ni siquiera en las reacciones acaecidas en otros puntos de la c\u00e9lula.<\/p>\n Descubrimiento casual Las posibilidades de ese descubrimiento son amplias. En julio \u00faltimo, por ejemplo, el investigador public\u00f3 un art\u00edculo en la revista\u00a0Febs Letters<\/em>, de la Federaci\u00f3n de Sociedades Bioqu\u00edmicas Europeas, en el que demuestra c\u00f3mo un biosensor hecho con la sonda del microscopio puede detectar la absorci\u00f3n de mol\u00e9culas de glicosa por parte de c\u00e9lulas vivas de\u00a0Saccharomyces cerevisae<\/em>, la levadura conocida tambi\u00e9n como fermento biol\u00f3gico de panader\u00eda. Seg\u00fan Pereira, “esa metodolog\u00eda ser\u00e1 interesante para los cient\u00edficos que estudian la diabetes”.<\/p>\n Pereira revela que la publicaci\u00f3n del art\u00edculo hizo que el director de la Escuela de Medicina de la Universidad Yale, en Estados Unidos, lo invitara a escribir una revisi\u00f3n, que ser\u00e1 publicada en la revista\u00a0Biochemical Pharmacology<\/em>: “En ella, se incuerporaron otros interesantes resultados con biosensores: vale la pena destacar la detecci\u00f3n de alcohol et\u00edlico con un cantilever cubierto con la enzima alcohol desidrogenasa tipo II – que transforma alcohol et\u00edlico en glutaraldeido – y la detecci\u00f3n de especies reactivas de ox\u00edgeno usando la enzima super\u00f3xido dismutasa, que detecta iones super\u00f3xidos, y la catalasa, que detecta per\u00f3xido de hidr\u00f3geno, es decir, agua oxigenada”. El investigador dice tambi\u00e9n que cient\u00edficos de IBM hicieron de la sonda del aparato una especie de chip de ADN (\u00e1cido desoxirribonucleico), para identificar mutaciones en genes: las llamadas SNPs (polimorfismos simples de nucle\u00f3tidos).<\/p>\n Contra virus Pioneros Pereira caracteriza al equipo en uso como el m\u00e1s moderno del g\u00e9nero. Lanzado al final de 1998 por la empresa americana Thermomicroscopes, de California, el Bioprobe fue comprado en abril de 2000 despu\u00e9s de nueve meses de negociaci\u00f3n: su precio inicial, de 135 d\u00f3lares mil, baj\u00f3 a 100 mil, pues – como Pereira argument\u00f3 -, adem\u00e1s de ser el primero y \u00fanico vendido a Brasil, el fabricante obtendr\u00eda propaganda indirecta cada vez que el investigador diera una conferencia o tuviera su trabajo destacado.<\/p>\n Debido a los m\u00faltiples recursos del equipo, Pereira lo considera m\u00e1s apropiado para el an\u00e1lisis tridimensional de prote\u00ednas que el microscopio de fuerza at\u00f3mica convencional usado por el Laboratorio de Luz Sincrot\u00f3n del Ministerio de Ciencia y Tecnolog\u00eda, en Campinas: “El microscopio instalado en el Sincrot\u00f3n es apropiado para el \u00e1rea de f\u00edsica y qu\u00edmica, pero no permite la localizaci\u00f3n precisa del cristal de prote\u00edna, porque la b\u00fasqueda es realizada con el movimiento de la sonda a ciegas. El microscopio que uso es el mejor que existe para todo tipo de an\u00e1lisis en el \u00e1rea biol\u00f3gica, lo que no quiere decir, de ninguna manera, que mi laboratorio sea mejor que el Sincrot\u00f3n, una referencia en investigaci\u00f3n”. La operaci\u00f3n del microscopio requiere de una estaci\u00f3n de trabajo conectada a una computadora y compuesta por el microscopio, un televisor y un monitor de video de alta definici\u00f3n.<\/p>\n Funcionamiento En la parte de abajo del cantilever hay una punta o sonda, que barre la superficie y, a medida que recorre su topograf\u00eda, altera la direcci\u00f3n del haz de l\u00e1ser para llegar a \u00e1reas diferentes de la fotoc\u00e9lula. Ese desplazamiento del haz produce mayor o menor cantidad de impulsos el\u00e9ctricos. El n\u00famero de impulsos enviados a la computadora define \u00e1reas m\u00e1s claras o oscuras, seg\u00fan la programaci\u00f3n del\u00a0software<\/em>: en este caso, se convino que, cuanto m\u00e1s alta fuera la topograf\u00eda, m\u00e1s clara ser\u00eda la imagen. Lo que se observa en una pantalla de computadora de alta definici\u00f3n son im\u00e1genes tridimensionales semejantes a monta\u00f1as, en un relieve m\u00e1s o menos accidentado, seg\u00fan las variaciones suaves o abruptas de la topograf\u00eda de la muestra.\u00a0Encima del lugar reservado a la muestra en an\u00e1lisis, se ubica en el Bioprobe una caja pl\u00e1stica azul – el color del instrumento – en la cual se inserta una peque\u00f1a pieza que contiene el cantilever. Abajo de la muestra, en posici\u00f3n invertida, hay un microscopio \u00f3ptico: el mismo se ubica sobre la muestra para captar tanto la imagen del material analizado como la posici\u00f3n del cantilever. Junto a la muestra, una c\u00e1mara transmite al televisor las im\u00e1genes microsc\u00f3picas del cantilever en movimiento.<\/p>\n B\u00fasqueda de calcio Para explicar lo que ocurre a posteriori, Pereira recuerda la existencia de las llamadas fuerzas de Van der Waals: son fuerzas muy d\u00e9biles, que corresponden a las ligaciones tiemporarias que se establecen siempre que dos materiales, vivos o inertes, entran en contacto. Por ejemplo, cuando caminamos, surgen fuerzas de Van der Waals entre nuestros zapatos y el piso. Claro que son muy d\u00e9biles, de lo contrario no saldr\u00edamos del lugar. Lo mismo ocurre cuando apoyamos la mano en una mesa u otro material.<\/p>\n Entonces, cuando el bloqueador de iones calcio acoplado a la punta del cantilever encuentra un canal de calcio, la afinidad entre ambos eleva levemente la intensidad de la fuerza de Van der Waals en el local, atrayendo al cantilever hacia abajo y alterando la direcci\u00f3n del haz de l\u00e1ser que va a alcanzar la fotoc\u00e9lula. Una alteraci\u00f3n tan peque\u00f1a no impide al cantilever desprenderse y continuar su exploraci\u00f3n de la muestra. Cuando el mismo sale del canal de calcio, la fuerza de Van der Waals diminuye nuevamente y altera en consecuencia la direcci\u00f3n del haz de l\u00e1ser. Resultado: el microscopio produce un gr\u00e1fico de la variaci\u00f3n de esas fuerzas de interacci\u00f3n entre el medicamento y los receptores en la c\u00e9lula: los canales de calcio buscados.<\/p>\n Fabuloso Por su metodolog\u00eda de investigaci\u00f3n en c\u00e9lulas vivas, Pereira fue disertante invitado en el IV Pharmatech (Congreso de la Sociedad Brasile\u00f1a de Tecnolog\u00eda Farmac\u00e9utica – SBTF) en 1999, y tuvo uno de sus resultados con modelado molecular publicado en la capa del libro de res\u00famenes del congreso.\u00a0Los resultados obtenidos con el microscopio de fuerza at\u00f3mica merecieron una menci\u00f3n en el libro texto\u00a0Yeast Physiology and Biotechnology<\/em>, de Graeme Walker, publicado en Inglaterra, y fueron tapa de la revista norteamericana\u00a0Applied Biochemistry and Biotechnology<\/em>, informa Pereira.<\/p>\n En octubre del a\u00f1o pasado, estuvo en Estados Unidos para aprender m\u00e1s sobre las potencialidades del aparato. En abril ir\u00e1 a Toronto, Canad\u00e1, para conocer un nuevo tipo de microscopio, el Somatoscope: “Ese fabuloso equipo logra visualizar el interior de c\u00e9lulas vivas con una resoluci\u00f3n de hasta 150 angstr\u00f6ns” (1 angstr\u00f6m = 10 – 8 cm, es la unidad de longitud de la onda de luz). Es decir, “en la misma l\u00ednea del Bioprobe, en el sentido de visualizar material biol\u00f3gico sin uso de fijador o colorante”.<\/p>\n EL PROYECTO
\n<\/strong>El investigador cuenta que \u00e9l y su colaborador Nivaldo Ant\u00f4nio Parizzotto, de la Universidad Federal de S\u00e3o Carlos, descubrieron casualmente la capacidad que el equipo tiene para visualizar material biol\u00f3gico vivo: c\u00e9lulas, tejidos, organelas, etc. “En 1991, yo estaba trabajando en el microscopio de fuerza at\u00f3mica del Laboratorio de Fot\u00f3nica de la Facultad de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp), dirigido por el profesor V\u00edtor Baranauskas. Ese fue el primer equipo de ese g\u00e9nero en Am\u00e9rica Latina. Un d\u00eda, nos olvidamos en \u00e9l una muestra de levadura biol\u00f3gica de panader\u00eda, preparada en una l\u00e1mina con medio de cultivo.\u00a0Al d\u00eda siguiente, al intentar retirar la l\u00e1mina, notamos que la sonda del microscopio – llamada cantilever – estaba adherida a la muestra, porque \u00e9sta hab\u00eda crecido en \u00e1rea y altura durante la noche. En ese momento, pensamos que las c\u00e9lulas podr\u00edan estar vivas. Ellas se multiplicaron y el crecimiento en altura alcanz\u00f3 la sonda del equipo.”<\/p>\n
\n<\/strong>Otra posible aplicaci\u00f3n comentada en la revisi\u00f3n de Pereira es la inmobilizaci\u00f3n de una part\u00edcula de virus en la punta de la sonda del equipamiento – el cantilever – para medir la fuerza de adherencia necesaria para que el virus infecte la c\u00e9lula: con ese dato, los cient\u00edficos podr\u00e1n pensar en medicamentos que debiliten esa fuerza de adherencia y eviten la infecci\u00f3n viral. El investigador llama la atenci\u00f3n hacia el hecho de que los microscopios de fuerza at\u00f3mica convencionales, de los cuales se vali\u00f3 en 1991, empezaron a ser comercializados en 1989. Usados sobre todo por f\u00edsicos y qu\u00edmicos, sirven, por ejemplo, para comparar las im\u00e1genes de diamantes sint\u00e9ticos, empleados en brocas industriales, con las de diamantes naturales.<\/p>\n
\n<\/strong>Fue solo en 1995, cuenta Pereira, que surgi\u00f3 el primer modelo aplicado al \u00e1rea biol\u00f3gica. El Bioscope, fabricado por Digital Instruments, de California, trae acoplado un microscopio \u00f3ptico invertido y muestra su gran ventaja: mientras que en los microscopios electr\u00f3nicos el fijador usado en la preparaci\u00f3n de la muestra mata a las c\u00e9lulas, el de fuerza at\u00f3mica puede analizar material vivo sin usar fijador (tetr\u00f3xido de osmio o glutaralde\u00eddo o oro evaporado). Esa ventaja se presenta tanto en relaci\u00f3n al microscopio electr\u00f3nico de transmisi\u00f3n, que investiga el interior de la c\u00e9lula, como al de barredura, que realiza la topograf\u00eda del material.<\/p>\n
\n<\/strong>El aparato usa solamente un haz de radiaci\u00f3n l\u00e1ser de baja potencia, que mantiene viva a la muestra. Ese haz incide sobre la microestructura llamada cantilever. Similar a una escuadra de dibujo, el cantilever tiene un lado que mide cerca de 100 micrones. Como cada micr\u00f3n equivale a un mil\u00e9simo de mil\u00edmetro, ese lado tiene el espesor promedio de un cabello. El cantilever est\u00e1 constituido por dos l\u00e1minas, una de silicio abajo y otra de oro espejado arriba. El l\u00e1ser incide en la parte espejada y es captado por una fotoc\u00e9lula o fotodiodo, componente electr\u00f3nico que transforma la energ\u00eda lum\u00ednica en energ\u00eda el\u00e9ctrica. Los impulsos el\u00e9ctricos son transportados a la computadora, que los transforma en im\u00e1genes digitales.<\/p>\n
\n<\/strong>Resta saber c\u00f3mo Pereira construye los biosensores con la sonda del microscopio para mapear canales i\u00f3nicos en la superficie de las c\u00e9lulas. T\u00f3mese como ejemplo la b\u00fasqueda de canales de iones calcio, importante para el desarrollo de medicamentos para card\u00edacos. Pereira pone en la punta del cantilever un bloqueador de iones calcio: es un medicamento para el coraz\u00f3n, que puede ser nifedipina o uno de sus derivados – nitrendipina, nicardipina o amilodipina. Despu\u00e9s, pasa el cantilever sobre c\u00e9lulas de\u00a0Saccharomyces cerevisae<\/em> – la levadura de panader\u00eda -, que hacen las veces de modelo experimental porque tienen canales de calcio similares a los de las c\u00e9lulas humanas.<\/p>\n
\n<\/strong>Graduado en la Facultad de Farmacia de la Universidad Federal de Ouro Preto (Ufop, Minas Gerais), Pereira realiz\u00f3 su maestr\u00eda en Bioqu\u00edmica en el \u00e1rea de metabolismo de drogas de la Unicamp, donde tambi\u00e9n se doctor\u00f3 en Qu\u00edmica Org\u00e1nica en el \u00e1rea de s\u00edntesis de medicamentos. Realiz\u00f3 su posdoctorado en microscop\u00eda de fuerza at\u00f3mica en la Escuela de Medicina de la Universidad Yale (Estados Unidos).\u00a0El investigador sit\u00faa los estudios que desarrolla muy cerca de los de Hermann E. Gaub, del Departamento de F\u00edsica de la Universidad T\u00e9cnica de Munich, Alemania, y de Julio Fern\u00e1ndez, de la Cl\u00ednica Mayo, en Rochester, Estados Unidos. Ambos miden la fuerza de interacci\u00f3n entre mol\u00e9culas biol\u00f3gicas.<\/p>\n
\n<\/strong>Utilizaci\u00f3n de Biosensores Hechos con la Sonda del Microscopio de Fuerza At\u00f3mica Aplicado al \u00c1rea Biol\u00f3gica para Mapear Canales de Iones en la Superficie de C\u00e9lulas
\nModalidad
\n<\/strong>Programa J\u00f3venes Investigadores
\nCoordenador
\n<\/strong>Ricardo de Souza Pereira – Instituto de Ciencias Biom\u00e9dicas de la USP
\nInversi\u00f3n
\n<\/strong>R$ 78.240,42 y US$ 110.449,00<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"El instrumento muestra la entrada y salida de substancias en organismos y abre el camino para medicamentos m\u00e1s eficaces","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[],"coauthors":[93],"class_list":["post-73228","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73228","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=73228"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/73228\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=73228"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=73228"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=73228"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=73228"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}