Visualización de la decisión sobre el destino celular con microscopía avanzada: entrevista con el Dr. Aoki

La microscopía avanzada es más que una ventana a las células: es una forma de descubrir las decisiones ocultas que dan forma a la vida a nivel celular. Hablamos con el Dr. Kazuhiro Aoki, de la Escuela de Posgrado de Estudios Biológicos de la Universidad de Kioto, cuyo trabajo explora los mecanismos de determinación del destino celular: cómo las células procesan la información y eligen su camino a seguir.

Tras emplear la plataforma de microscopio invertido motorizado IXplore™ IX85, el Dr. Aoki compartió sus impresiones sobre cómo el sistema apoya su investigación actual, sus objetivos futuros y una comprensión más profunda del comportamiento celular.

Acerca del Dr. Kazuhiro Aoki

El Dr. Kazuhiro Aoki obtuvo su doctorado en la Escuela de Posgrado de Medicina de la Universidad de Osaka. Después de realizar investigación y docencia en los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales, ahora es profesor en la Escuela de Posgrado de Estudios Biológicos de la Universidad de Kioto. La investigación del Dr. Aoki se desarrolla en el ámbito interdisciplinario de la biología celular y la biología de sistemas. Se centra especialmente en visualizar y cuantificar el procesamiento de información y las dinámicas de transducción de señales a nivel de célula única mediante técnicas de imagen por fluorescencia, optogenética y tecnologías de biosensores.

P: ¿En qué línea de investigación está trabajando actualmente?

Dr. Aoki: Actualmente me estoy centrando en los mecanismos de determinación del destino celular: cómo las células reciben diversos estímulos de su entorno externo, como la temperatura y los nutrientes, procesan esa información dentro de la célula y deciden su destino celular, como la proliferación, la diferenciación o la muerte.

Aunque las células parezcan iguales, cada una tiene su propia individualidad y heterogeneidad. Los métodos de investigación convencionales suelen implicar la recolección de aproximadamente un millón de células, su lisis y el estudio del valor promedio. Este método, sin embargo, hace imposible comprender la individualidad de cada célula. Para captar estas diferencias causadas por la individualidad celular, utilizamos un microscopio para observar cada célula una por una.

Mi punto de partida es el fuerte deseo de “ver la individualidad de las células”. Los métodos que utilizo son difíciles y requieren mucho tiempo, pero ese deseo es lo que me motiva a continuar mi investigación.

P: ¿Qué lo llevó a enfocar su investigación en los mecanismos de la decisión del destino celular?

Dr. Aoki: Originalmente, me interesaba la transducción de señales en cáncer y estaba intentando reconstruir en una computadora las vías de señalización del cáncer que ocurren dentro de las células. Al combinar experimentos y simulaciones computacionales, hicimos predicciones y las verificamos. Sin embargo, cuando intentamos observar el fenotipo celular –es decir, cómo se comportan realmente las células– descubrimos que un único modelo de simulación por computadora no podía explicar muchos aspectos.

Incluso bajo las mismas condiciones, algunas células se dividían mientras que otras no, y algunas se movían mientras que otras permanecían estáticas. Incluso en el caso de las células cancerosas infiltrantes, la infiltración a menudo no ocurre en células individuales, sino como un movimiento colectivo. Me fui interesando cada vez más en preguntas como “¿Cómo se comportan las células como un colectivo?” y “¿Quién es el líder y quién es el seguidor?”. Mi fuerte deseo de utilizar la microscopía para observar e investigar estas cuestiones me llevó a interesarme en los mecanismos de la decisión del destino celular.

P: ¿Qué es lo que más valora al realizar experimentos con un microscopio?

Dr. Aoki: La individualidad y la heterogeneidad celular no pueden entenderse sin observarlas directamente con un microscopio. Por eso considero fundamental observar meticulosamente cada una de las células bajo el microscopio.

Dado que esto a menudo puede convertirse en una tarea extensa y minuciosa, la facilidad de uso del microscopio resulta igualmente fundamental. Si bien el rendimiento es, por supuesto, crucial, también valoro una interfaz de usuario intuitiva, como un diseño de software que se adapte a nuestro estilo específico.

P: ¿Qué aspectos del nuevo microscopio invertido IXplore™ IX85 resultaron efectivos en sus experimentos?

Dr. Aoki: El IXplore IX85 mejoró nuestra capacidad de procesamiento gracias a su amplio campo de visión, lo que nos permite observar más células a la vez. Anteriormente, solo podíamos obtener imágenes del centro del campo de visión, por lo que la eficiencia y la cantidad de información no se comparaban con las actuales. La capacidad de adquirir simultáneamente datos de imágenes de alta resolución en un amplio campo de visión resulta extremadamente eficaz para la investigación basada en microscopía.

La función de corrección de sombreado inteligente para la unión de imágenes también es muy útil. Al realizar experimentos para observar el proceso de cicatrización de heridas en células epiteliales cultivadas, anteriormente teníamos que tomar manualmente docenas de imágenes y unirlas. En ese momento, la intensidad de la luz disminuía en la periferia de las imágenes, lo que causaba irregularidades al unirlas, y teníamos que corregirlo manualmente. El IX85 corrige automáticamente la iluminación desigual, lo que supone una gran ventaja para los investigadores que trabajan con muestras o tejidos de gran tamaño.

Además de estos puntos, me pareció que el microscopio era excelente en cuanto a la calidad de la imagen. Incluso con organoides cancerosos con baja expresión de fluorescencia, realizar la deconvolución 3D en las imágenes adquiridas permitió observar claramente los agregados intracelulares. Me sorprendió la cantidad de información que pudimos extraer de muestras fluorescentes tan tenues.

P: ¿Cómo ayudó el objetivo LUPLAPO25XS, que utiliza una almohadilla de gel de silicona, en sus experimentos?

Dr. Aoki: El aumento de 25X del objetivo es el complemento perfecto para observar los tejidos profundos –organoides cancerosos y quistes– que estudiamos. Además, su diseño, que cuenta con una gran distancia de trabajo y minimiza el desajuste de índice de refracción con la muestra, resulta altamente útil porque permite una observación clara de áreas profundas de la muestra que antes no podían visualizarse.

Además, la almohadilla de gel de silicona, que no utiliza aceite para la inmersión, supone una ventaja significativa para los experimentos de imagen en microscopía. Por ejemplo, al buscar muestras en una placa de 96 pocillos, es complicado identificar la ubicación de estructuras esféricas, como nuestros organoides o quistes. Esto requiere un flujo de trabajo que consiste primero en buscar a baja magnificación y luego observar a alta magnificación. Al utilizar un objetivo de inmersión en aceite de alta magnificación, es necesario ser cuidadoso con el proceso de limpiar y aplicar el aceite, pues también existe el riesgo de que se formen burbujas. En contraste, el uso de la almohadilla de gel de silicona permite una transición suave de baja a alta magnificación sin contaminar la muestra, lo que agiliza significativamente todo el flujo de trabajo.

P: ¿Qué nuevos enfoques espera explorar en sus futuras investigaciones?

_{Aviso legal: Las opiniones y declaraciones expresadas en esta entrevista son las del investigador y no reflejan necesariamente los puntos de vista o las afirmaciones de Evident. Los productos y tecnologías mencionados están destinados únicamente a uso en investigación y no están diseñados para aplicaciones clínicas o de diagnóstico.}