Hasta no hace mucho, solo involucraba desarrollo de materiales y dispositivos "mecánicos" en esas dimensiones.

Un elemento clave en el impetuoso desarrollo de este campo fue la construcción del primer Microscopio de Fuerza Atómica en 1986 por G. Binnig (2), C. F. Quate y C. Gerber.

Éste es de los llamados microscopios de barrido ("barre" o explora superficies buscando estructuras) y posee un elevadísimo poder de resolución.

Se ha demostrado que puede determinar estructuras de fracciones de un nanómetro (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Esto es mil veces más que el límite alcanzado por las técnicas ópticas de difracción.

No obstante, a través de él no "se ve" en el sentido exacto de la palabra. En este equipo se utiliza una sonda mecánica minúscula acoplada a una palanca flexible de unos 200 micrómetros (un micrómetro es la milésima parte de un milímetro) que se mueve sobre la superficie en estudio.

Esto es posible gracias a elementos piezoeléctricos movidos de manera precisa por una sólida electrónica y software.

¿Qué sucedía en el ámbito de la Biología y la Medicina en 1986 cuando se crea el Microscopio de Fuerza Atómica? La Ingeniería Genética y la Biotecnología se encontraban en pleno "boom".

Surgía una cantidad de técnicas derivadas de las investigaciones básicas en Biología Celular y Molecular, con demasiadas expectativas y que desvió demasiado la atención hacia ellas, provocando que otras disciplinas claves como la Fisiología, quedaran en cierta medida empobrecidas en recursos humanos y materiales.

No se vio en aquel año de 1986, con la inmediatez suficiente, la gigantesca potencialidad de la Microscopía de Fuerza Atómica en la Biología y la Medicina.

Pero el Método Científico es "implacable", y poco a poco los Biofísicos ayudaron a que esta soberbia técnica se convirtiera en una herramienta útil para la Fisiología y la investigación Médica.

Hoy en día existe un formidable despegue en la aplicación de esta técnica en la Fisiología Celular y Molecular, máxime cuando ya no resulta compleja, ni cara, ni difícil de manejar.

APLICACIONES BIOMÉDICAS

¿En qué se utiliza? Se ha puesto mucho hincapié en los estudios de mecánica celular y molecular, ya que es posible utilizar material biológico sin necesidad de tratarlo con medios de fijación como en otras técnicas de microscopía, es decir, se puede trabajar con células vivas.

Esto ha permitido cuantificar la rigidez de las células y en particular de la membrana celular, lo cual ha llevado a darle tanta importancia a esta propiedad, como al potencial eléctrico a través de la membrana celular, una de las características celulares más importantes en Fisiología.

De la misma forma en que a escala macroscópica, las propiedades mecánicas de los huesos, dientes y tendones son importantes para sus funciones, a escala nanométrica, esas propiedades son importantes para el comportamiento y ensamblaje de las moléculas proteicas.

Los esfuerzos en este sentido pueden, sin lugar a dudas, llevar a correlacionar cambios en las propiedades mecánicas con defectos estructurales asociados a estados patológicos como por ejemplo en el cáncer.

Debe señalarse que procesos biológicos como el mantenimiento de tejidos, reparación de heridas, invasión por células cancerosas (metástasis), así como en el desarrollo y diferenciación celular, dependen de cómo las células sensan y remodelan sus alrededores.

La Microscopía de Fuerza Atómica se ha combinado con técnicas de fluorescencia y se trabaja actualmente en el reconocimiento de moléculas individuales, adhesión molecular y elasticidad de materiales biológicos. Las perspectivas son grandes...

TEMAS DE INVESTIGACIÓN CON ESTA TÉCNICA

Se ha logrado, con alta velocidad de barrido y captura de imágenes, llevar el análisis a la escala de tiempo en la que ocurren los procesos biomoleculares (milésimas de segundo) y con ello obtener respuestas de cuáles son y cómo ocurren los cambios estructurales cuando las moléculas biológicas están funcionando.

Pero la investigación en la escala atómica solo había sido lograda en condiciones de alto vacío, incompatibles con la vida. Sin embargo, estudios recientes han alcanzado esta escala en un ambiente líquido.

Esto revolucionaría la investigación en Biología, Fisiología y Medicina, cambiando de manera rotunda la forma de examinar los problemas biológicos.

De todas formas, multitud de procesos moleculares que gobiernan importantes funciones fisiológicas están siendo analizados.

Se caracterizan no solo regiones precisas de la membrana celular, elemento clave en la vida, sino también moléculas claves en la señalización celular activadas por hormonas o por estímulos mecánicos y los movimientos celulares asociados.

Se ha logrado manipular la regulación de procesos celulares introduciendo a o extrayendo de la célula moléculas especificas (!!). Estos resultados son vitales para la comprensión profunda de mecanismos relacionados con la función celular normal y patológica.

Algo simplemente espectacular es el hecho de con la combinación de esta técnica y otras más clásicas de tipo inmunológico y bioquímico, es posible actualmente estudiar las propiedades de la membrana celular de bacterias.

Así se pueden conocer cómo se modifican por la acción de antibióticos, algo sin precedentes y que sin dudas permitirá comprender cuáles son los mecanismos moleculares de la acción de los antibióticos, algo hasta ahora poco comprendido.

Su repercusión en la clínica no se hará esperar por mucho tiempo.

Por si fuera poco, ya se ha hecho "nanocirugía" en el sitio de acoplamiento de los leucocitos con el endotelio. La salida de los leucocitos desde el torrente sanguíneo hacia los tejidos es esencial para la defensa del organismo.

Este complejo movimiento ocurre a través de la barrera endotelial en los vasos sanguíneos y la facilidad con la que este endotelio deja pasar los leucocitos, depende de proteínas que controlan la adhesión.

Pues bien, con esta técnica se ha logrado sacar de su sitio a leucocitos que estaban migrando y analizar las características de la célula endotelial en ese sitio (!!) dando una nueva perspectiva a los estudios inmunológicos.

Al parecer, en medio de estos sorprendentes adelantos, todavía no es posible precisar cuál será el límite para esta tecnología...

Fg/jag/Mv

(*) Doctor en Ciencias. Departamento de Investigaciones Experimentales. Instituto de Cardiología y Cirugía Cardiovascular. La Habana. Cuba.

(1) Premio Nobel (compartido) de Física en 1965.

(2) Premio Nobel de Física junto a H. Rohrer por el diseño del Microscopio de Efecto Túnel.