El paso 10 de abril aparecía publicado
en Nature un método que “hacía transparentes” los
encéfalos, llamado CLARITY y que, por su espectacularidad, ocupó
periódicos y noticiarios televisivos. Pasado un tiempo razonable,
creo que puede resultar interesante para alguno saber cuál es el
fundamento de la técnica, que es un prodigio de química aplicada.
Permítaseme ir directamente al grano.
Para una introducción general este
artículo es tan bueno como cualquier otro (contiene un error en
los datos, te dejo que lo averigües, tras leer lo que sigue).
Estas membranas son permeables de forma
selectiva, esto es, dejan pasar determinadas moléculas pero no
otras, en concreto es muy difícil que dejen pasar macromoléculas.
Por otra parte la interfase entre la doble capa lipídica y el
citoplasma por un lado y por otro la interfase acuosa exterior a la
célula provocan la dispersión de la luz. Estos dos fenómenos
indican que ni podemos enviar tintes, u otras macromoléculas, al
interior de la célula ni podemos ver dentro de ella sin romper la
membrana. CLARITY es un método para acabar con estos problemas de
raíz: eliminar las dobles capas lipídicas, las membranas,
manteniendo su contenido en su lugar, sustituyéndolas por un
material que permita el paso de macromoléculas y fotones sin oponer
demasiada resistencia y que preserve la integridad estructural de
células y tejidos.
Para conseguir este objetivo tan
ambicioso CLARITY termina usando un hidrogel formado in situ, como
veremos en seguida. Quizás convenga aclarar antes de seguir
qué es un gel. Todos tenemos geles en casa, algunos geles de
baño/ducha son geles propiamente dichos; sabemos que hacen espuma,
que tienen color, que huelen, que se lleva bien con el agua y que
actúa como jabón. También es posible que tengas geles en el
frigorífico, en forma de gelatina; en esta ocasión te comes el gel.
¿Qué es un gel? Pues es un sistema en el que unas macromoléculas
(polímeros) tienen atrapado un líquido en su red estructural, y se
llaman hidrogeles si el líquido es agua. Los geles tienen la
peculiaridad de que son sólidos si no se agitan (están como
conGELados; su nombre viene del latín gelatus, congelado);
esta propiedad será muy útil en CLARITY.
CLARITY tiene tres fases:
Primera fase. El proceso
comienza introduciendo los monómeros componentes de los polímeros
que luego formarán el hidrogel (básicamente acrilamida y
bisacrilamida) junto con formaldehído e iniciadores de
polimerización por temperatura en los tejidos. Esto se hace en un
baño a 4ºC durante dos días.
En esta fase, el formaldehído
entrecruza, dicho en químico, une covalentemente, los monómeros de
lo que después será el hidrogel a distintas biomoléculas,
incluyendo proteínas, ácidos nucleicos y moléculas más pequeñas
que anden por allí.
Segunda fase. Se inicia la
polimerización de los monómeros (que están unidos a biomoléculas,
tengámoslo presente) simplemente elevando la temperatura del
conjunto a 37ºC durante 3 horas. Tras este tiempo el tejido y el
hidrogel se han convertido en una estructura híbrida que es capaz de
dar soporte físico al tejido y que incorpora químicamente las
biomoléculas a la red estructural del hidrogel.
Un punto muy importante a resaltar es
que ni lípidos ni aquellas biomoléculas que carezcan de los grupos
funcionales adecuados están unidas al hidrogel, por lo que pueden
ser retiradas del mismo.
Tercera fase. Se extraen los
lípidos. La extracción de las moléculas lipídicas se puede hacer
con mucho tiempo y empleando disolventes orgánicos (el hidrogel es
hidrofílico) o cientos de veces más rápido aprovechando la alta
carga de las dobles capas lipídicas (micelas
después de todo) usando electroforesis.
El resultado es que el hidrogel asegura
que las biomoléculas y los matices estructurales, como las proteínas
de membrana, las sinapsis o las espinas, se quedan en su sitio,
mientras que los lípidos de las membranas que causan la dispersión de
la luz e impiden la penetración de macromoléculas se han quitado de
en medio, dejando detrás un sistema biológico con todo en su sitio
listo para ser etiquetado, tintado y fotografiado a placer. No hay más que verlo:
Para María, con afecto.
Esta
entrada es una participación de Experientia docet en la XXV
Edición del Carnaval de Química que
acoge ISQCH-Moléculas a reacción
Referencias:
CLARITY Resource Center (información, vídeos, detalles metodológicos, formación)
Chung K., Wallace J., Kim S.Y., Kalyanasundaram S., Andalman A.S., Davidson T.J., Mirzabekov J.J., Zalocusky K.A., Mattis J. & Denisin A.K. & (2013). Structural and molecular interrogation of intact biological systems, Nature, 497 (7449) 332-337. DOI: 10.1038/nature12107
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