Una hoja de luz para ver la cara oculta del desarrollo

¿Quién no se acuerda de la primera vez que vimos los cráteres y valles de la luna? Aparecían frente a nuestros ojos tan nítidamente que el telescopio -o los simples prismáticos- que usábamos para verlos se transformaron en una valiosa posesión, casi al nivel de artilugios mágicos. Una magia que nos revelaba lo que hasta ahora era invisible para nosotros. Pero no era magia sino ciencia óptica. En ese estado de excitación nos encontramos los investigadores del Centro Andaluz de Biología del Desarrollo (CABD) tras la adquisición de un nuevo equipo que, junto a los nueve microscopios ya existentes en nuestro centro, nos convierte en la plataforma de microscopía de aplicación biomédica más completa de Andalucía.

El CABD es un centro mixto cofinanciado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), la Junta de Andalucía y la Universidad Pablo de Olavide (UPO) de Sevilla. Se fundó en el año 2003 como el primer instituto español especializado en la Biología del Desarrollo, una ciencia que estudia la información genética y los procesos necesarios para que una única célula pueda multiplicarse y llegar a formar un organismo complejo y funcional.

Reconociendo el valor de los estudios desarrollados en el CABD, el Departamento de Regulación Génica y Morfogénesis recibió la acreditación de Unidad de Excelencia María de Maeztu en el 2017. Esto ya os lo explicamos con más detenimiento en un artículo anterior, a la par que celebrábamos los 15 años cumplidos del CABD y os presentábamos nuestras líneas de investigación. También enunciábamos quince retos a conseguir en un futuro cercano. Uno de ellos rezaba así: implementar nuevas técnicas para visualizar el desarrollo de tejidos complejos y de organismos enteros. Y no nos hemos quedado de brazos cruzados. En estos dos años hemos incorporado varios microscopios que no solo nos han permitido consolidar las capacidades de investigación del centro, sino que también nos han ofrecido innovadoras maneras de observar la naturaleza. La última adquisición es un microscopio con una hoja de luz (o LSM, del inglés “Light Sheet Microscope”), que ilumina el desarrollo embrionario desvelando un paisaje tridimensional hasta ahora invisible.

El ojo humano puede ver a simple vista lo equivalente al grosor de un pelo: 0.1 milímetros (1 milímetro es una milésima parte de un metro) y es por eso que usamos microscopios para ver cosas de menor tamaño. Pero la singularidad de este nuevo microscopio no radica en ver lo pequeño más grande, que también lo hace, sino en su capacidad de ver la muestra desde varios ángulos de visión. Imaginemos que queremos observar toda la superficie de la luna con nuestro telescopio. Esto sería imposible, porque desde la tierra la luna nos ofrece siempre la misma cara. Lo mismo pasa en con la microscopia clásica, donde la muestra permanece inmóvil ofreciendo siempre el mismo ángulo de visión al microscopio. Para ver la cara oculta de la luna deberíamos rotarla para observar su otro hemisferio.

Esto es exactamente lo que hace el LSM, dando la posibilidad de rotar la muestra para observarla desde ángulos diferentes. Mediante su hoja de luz, el LSM puede generar centenares de secciones ópticas en pocos segundos que, como rodajas de tomates, nos permiten observar la muestra desde su superficie hasta su interior por cada ángulo de visión. Más tarde, un ordenador será capaz de construir la imagen tridimensional a partir de las fotos tomadas desde ángulos diferentes. Si además añadimos que el LSM es ideal para captar imágenes durante largos periodos de tiempo (incluso días) se entiende que sea una de las mejores herramientas para filmar el desarrollo temprano de organismos enteros.

Especialmente llamativas son las películas de embriones de uno de los organismos estrellas del CABD: el pez cebra. Este embrión, gracias a su transparencia y a la velocidad de su desarrollo, nos permite observar el proceso de generación de un organismo completo desde una única célula en solo 24 horas. Observar este proceso en tres dimensiones con el LSM es como abrir una ventana hacia un nuevo pequeño universo, adonde miles de células se mueven en conjunto para generar órganos tan importantes como el corazón y los ojos.

Poder filmar el desarrollo embrionario de múltiples especies nos brinda una valiosísima oportunidad para descifrar cómo este proceso esta regulado por nuestros genes. Esto es especialmente importante en las primeras horas de vida de los organismos modelos, ya que existe una alta similitud entre el desarrollo embrionario de estos animales y el de los humanos. El objetivo de algunas de las nuevas líneas de investigación del CABD es entender cómo el desarrollo embrionario se puede replicar en el laboratorio para generar tejidos. Ya existen maneras de generar pequeños órganos tridimensionales similares a intestinos, riñones u ojos; a los cuales se les llama organoides. Observando el desarrollo de los organoides con instrumentos como el LSM, la comunidad científica está empezando a entender cómo diferentes estímulos pueden guiar las células de nuestros órganos para regenerarse y para luchar contra enfermedades como el cáncer. Por esta razón el LSM y el CABD hacen un tándem ideal. Porque los investigadores e investigadoras de nuestro centro todavía tienen muchas preguntas que responder, y todo parece que será una hoja de la luz la que nos ilumine el camino a seguir.