La vida es transparente, al menos a nivel microscópico. En el colorido mundo en que vivimos, este es un hecho que sorprende al principiante a través del ocular y cuesta entender que para revelar las diferentes estructuras microscópicas de las células sean necesarios colorantes y otras artimañas.
Ni siquiera las células que contienen elevadas cantidades de pigmentos, como por ejemplo los glóbulos rojos, tienen una fuerte coloración característica a nivel microscópico. Aunque su parcial opacidad puede ayudar a distinguir células individuales, en el caso de los glóbulos rojos su color no será —ni de lejos— el rojo vivo que ves salir de un corte en tu dedo. La mayoría de células y tejidos aislados de seres vivos y puestos bajo el microscopio son uniformemente transparentes o translúcidos, básicamente invisibles. Solo el descubrimiento casi accidental de las tinciones histológicas y el desarrollo paralelo de la microscopía de contraste de fase y la microscopía de fluorescencia nos permitió sacar lo mejor del microscopio para adentrarnos en lo invisible.
La mayoría de células y tejidos aislados de seres vivos y puestos bajo el microscopio son uniformemente transparentes o translúcidos, básicamente invisibles.
Existen referencias tempranas de tinciones y colorantes en preparaciones microscópicas. Sin embargo, fue el profesor alemán Joseph von Gerlach el primero en usar y describir sistemáticamente el uso de tinciones para microscopía allá por 1858. A continuación, en la segunda mitad del siglo XIX, personas de la talla científica de Camillo Golgi y Santiago Ramón y Cajal fueron inventando y mejorado las técnicas de tinción que serían la piedra de toque del puente hacia la neuroanatomía moderna. La tinción de Golgi era capaz de teñir células completas. Después fue mejorada por Ramón y Cajal para que en vez de teñir todas las neuronas de un trozo de tejido cerebral, tiñese solo unas pocas. De esta manera Don Santiago pudo distinguir la forma y los límites de neuronas individuales, planteando la denominada teoría neuronal. Dicha teoría sostiene que el sistema nervioso esta compuesto por células anatómica y metabólicamente individuales y no formado por una red continua (que era el paradigma hasta entonces). Otro ejemplo es la tinción Giemsa, desarrollada por Gustav Giemsa hacia 1904 y que es capaz de teñir partes de células de manera diferencial permitiendo distinguir el núcleo (la parte que contiene el material genético) del citoplasma celular (donde está el resto de maquinaria molecular que sustenta la vida).
Imagen de neuronas teñidas por Golgi, Cajal y tinción Giemsa. Panel superior izdo: preparación de hipocampo (izda) y de cerebelo (derecha) realizadas por Camilo Golgi. Fuente: Nobelprize.org. Panel inferior izdo: microfotografías de una preparación de corteza cerebral realizada por Cajal y teñida con el método de Golgi. Fuente primaria: DeFelipe J, Jones EG (1988). Cajal on the Cerebral Cortex. New York: Oxford University Press. Panel derecho: fotos de médula ósea teñidas con el método Giemsa que muestra glóbulos rojos normales, los cuales no tienen núcleo ni ADN, en púrpura suave. Los glóbulos rojos infectados por Plasmodium vivax (flechas), el parásito de la llamada «malaria benigna», presentan estructuras de color púrpura denso que provienen del ADN del parásito. Las células más grandes son glóbulos blancos, su núcleo relleno de ADN queda teñido de púrpura fuerte. Fuente: Liu et al. Malaria Journal 2012 11:182.
Las tinciones empezaron a pintar el mundo microscópico, sin embargo, para ello era necesario fijar la muestra. Ello implica, aún hoy, que la muestra debe tratarse químicamente para facilitar que los colorantes alcancen las estructuras en cuestión a la vez que evitan su degradación. Este proceso de «embalsamado» «congela» la muestra, arrancándole la vida. De esta manera lo que se observa es un solo instante de lo que tuvo lugar en la vida microscópica de la muestra.
Las tinciones empezaron a pintar el mundo microscópico, sin embargo, para ello era necesario fijar la muestra.
Mucho se hubiese perdido de no ser por la invención de la microscopía de contraste de fase de la mano del físico holandés Frits Zernike hacia 1935. Mientras trabajaba con telescopios Zernike se dio cuenta de que cuando la luz atraviesa un objeto transparente se desfasa en comparación con la luz que no atraviesa nada. Esta diferencia en la fase de la onda es imperceptible para el ojo humano. Sin embargo, Zernike inventó una placa de fase capaz de aumentar esta diferencia hasta hacerla perceptible y la aplicó al microscopio.
Imagen contraste de fase. Panel izquierdo: esquema del funcionamiento del contraste de fase. Fuente: Daniel Moreno. Panel derecho: tres tipos de microscopía de luz transmitida. A) de campo claro, sin placa de fase. B) de contraste de fase, con placa de fase. C) de contraste de interferencia diferencial, llamado también Normalski, que usa además haces de luz polarizada optimizando el contraste. Fuente: Molecular Biology of the Cell 4th Edition.
De este modo, y con las sucesivas mejoras y variantes técnicas de esta idea que aparecieron a posteriori como la de Georges Nomarski, los especímenes transparentes se tornaban visibles. Aún más, algunas estructuras intracelulares se veían como siluetas detrás de un cristal translúcido. Y lo que era todavía mejor: no era necesario fijar la muestra. Esto permitió observar la transparente vida microscópica mientras acontecía y valorar el estado de las muestras sin tener que matarlas al fijarlas. Sin embargo, su máximo esplendor llegaría de su unión con la microcinematografía, la cual ya había surgido a principios del siglo XX. La capacidad de filmar las muestras microscópicas abría un mundo nuevo, cada vez más amplio y apasionante conforme las antiguas microcinematocámaras dejaban paso a las poderosas cámaras digitales.
Vídeo de lapso de tiempo de células cancerosas usando microscopía de contraste de fase.
Vídeo de lapso de tiempo de una célula en mitosis usando microscopía de contraste de fase.
No obstante, todavía no estaba todo dicho. Mediante tinciones o contraste de fase solo se habían alcanzado algunas megaestructuras internas de las células y demás microorganismos, apenas la punta del iceberg. Por suerte, aún nos quedaba un as en la manga. El as de ases, diría yo, de las herramientas en microscopía: la fluorescencia. Si las tinciones y el contraste de fase habían coloreado parte de la vida microscópica, las diferentes técnicas de microscopía de fluorescencia la iban a iluminar como el fuego de las estrellas al cielo nocturno.
Por suerte, aún nos quedaba un as en la manga. El as de ases, diría yo, de las herramientas en microscopía: la fluorescencia.
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