20 Oct 2021
Dr. Pedro Aramendía, invitado especial de los Seminarios Cardini
Para el investigador y director del Centro de Investigaciones en Nanociencias (CIBION), los avances en microscopía de súper resolución para visualizar moléculas y estructuras de células permitirán comprender con más detalle procesos biológicos claves para la vida. Dictó un seminario Cardini vía Zoom para investigadores y becarios del Instituto Leloir.
Pedro Aramendía, investigador y director del Centro de Investigaciones en Nanociencias “Elizabeth Jares-Erijman” (CIBION) que depende del CONICET.El avance la nanociencia y la nanotecnología están iniciando una revolución en el desarrollo de la nanoscopía o técnicas de microscopía que alcanzan a estudiar las células y otros materiales a una escala hasta hace poco impensada de pocos nanómetros o millonésima parte de un milímetro.
“Cada día avanzan más las técnicas que estudian con un gran nivel de detalle lo que ocurre en las interacciones moleculares a escala atómica en sistemas de pocas moléculas o incluso de moléculas únicas”, afirma el doctor en Química Pedro Aramendía, investigador y director del Centro de Investigaciones en Nanociencias “Elizabeth Jares-Erijman” (CIBION) que depende del CONICET y está ubicado en el Polo Científico y Tecnológico de Palermo, en la Ciudad de Buenos Aires.
Aramendía agregó que la posibilidad de visualizar fenómenos que ocurren en las células a escala nanométrica significará comprender con más detalle procesos biológicos claves para la vida y cuya alteración están asociadas a múltiples enfermedades.
En la siguiente entrevista que otorgó a la Agencia CyTA-Leloir en el marco de su participación en los seminarios Cardini del Instituto Leloir, el también profesor titular plenario de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA e investigador superior del CONICET describe su línea de investigación y la capacidad de la nanoscopía para describir fenómenos que ocurren en las células a escala nanométrica.
Así como existen sondas para explorar planetas o la profundidad de los océanos, ¿podría decirse que usted desarrolla sondas para estudiar las células y otros materiales a nivel atómico?
Sí, usamos moléculas con capacidad de emitir luz (fluorescencia). Esta señal es detectada con altísima sensibilidad y está cargada con mucha información del entorno molecular y de su dinámica. Desde el punto de vista espacial, puede brindar información con detalle nanométrico y desde el punto de vista dinámico, se puede llegar a los nanosegundos. Por eso es tan importante el diseño molecular y conocer muy bien el tipo de interacciones que cambian las propiedades fluorescentes de la sonda a la hora de plantear un experimento. Cambios en la longitud de onda (color), intensidad, polarización (orientación espacial) o tiempo de vida (velocidad) de la emisión son las señales que se pueden aprovechar en una enorme variedad de entornos con los más diversos grados de organización: materiales sólidos, fluidos, membranas y organelas y hasta agregados moleculares individuales.
Ustedes han estudiado un receptor para la hormona liberadora de corticotropina tipo 1 (CRHR1) cuya desregulación está involucrada en trastornos relacionados con el estrés y patologías psiquiátricas, neuroendocrinológicas y neurodegenerativas. ¿Podría describir la sonda que desarrollaron para visualizar las moléculas que lo conforman?
Para detectar la posición y potencialmente monitorear la dinámica de CRHR1 trabajamos con grupos del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA), y del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE) para diseñar una sonda a medida. Como los requisitos son muchos (alta fluorescencia, estabilidad química, afinidad por un sitio especial de la proteína) comenzamos por un diseño en computadora. Luego vino la larga tarea de la síntesis química en laboratorio, antes de las pruebas de estabilidad química y fotoquímica y de los ensayos celulares. Por suerte todas estas etapas se pasaron con éxito y logramos imágenes de localización de los receptores.
Imagen de microscopía de súper resolución de células neuronales del hipocampo del cerebro.
-En el seminario Cardini señaló algunas similitudes entre sus técnicas para estudiar moléculas a nivel celular y el trabajo de los astrónomos para localizar estrellas en el Universo.
La metáfora me pareció a la vez divertida y orientadora. Por un lado, las imágenes que nosotros trabajamos son una proyección sobre el plano de lo que ocurre en una rebanada de la célula: vemos una imagen plana de lo que es un espacio tridimensional, al igual que lo que ocurre en el cielo. Por otra parte, muchos de los programas de análisis de moléculas individuales, en especial los que usan estas técnicas para obtener imágenes ópticas de nanoscopía con resolución de pocas decenas de nanómetros, se han desarrollado por analogía a programas de observación del cielo.
¿Qué otra analogía se le ocurre entre su trabajo y el de los astrónomos?
Nuestra interpretación, en ambas disciplinas, de los experimentos y observaciones, seguramente está teñida por nuestra experiencia previa y quizás puede cambiar en el futuro con nuevas experiencias e interpretaciones. A partir de la distribución espacial molecular en una célula, tratamos de obtener información de la estructura subyacente que determina esta distribución. Y para caracterizarla apuntamos a un método que obtiene indicadores cuantitativos de las imágenes, en base a las distancias al primer vecino de cada molécula.
-El desarrollo de nanoscopios capaces de visualizar la materia a escalas impensadas le valieron el premio Nobel de Química en 2014 a Eric Betzig, William E. Moerner, y Stefan Hell. ¿Qué barreras en cuanto a resolución cree que se podrán alcanzar en el corto plazo?
Me interesa llamar la atención sobre la visión y la información que pueden dar las técnicas que estudian con un gran nivel de detalle lo que ocurre en las interacciones moleculares a escala atómica en sistemas de pocas moléculas o incluso de moléculas únicas. Las nanoscopías ópticas brindan información con nivel de detalle de 10 nanómetros y esa barrera se bajará a unos pocos nanómetros en poco tiempo y en tres dimensiones. Por otra parte, la criomicroscopía electrónica puede dar detalles tridimensionales subnanométricos de estructuras moleculares muy complejas. En eso aventaja a los métodos ópticos y estos, a su vez, ganan en el aspecto dinámico. Empujar estos dos límites simultáneamente, se va a chocar con el impedimento del principio de incertidumbre, así como también con la posibilidad de adquirir y de almacenar información a altísima velocidad. Mientras tanto ganamos en el estudio de conglomerados moleculares muy pequeños que, por ejemplo, pueden determinar el destino celular.
Mirá el seminario Cardini completo:
https://www.youtube.com/watch?v=6Ne7jQYMwA0
Para estrechar lazos con toda la comunidad científica y para que los investigadores y becarios del Instituto Leloir enriquezcan su trabajo, se invita de manera periódica a destacados investigadores argentinos de todas las disciplinas, que trabajan en nuestro país o en el exterior, a dictar seminarios. Se llaman “Cardini” en homenaje al Dr. Carlos Eugenio Cardini cuya figura está ligada con la historia de la Fundación Campomar (hoy Fundación Instituto Leloir): realizó importantes descubrimientos con el Dr. Luis F. Leloir sobre la biosíntesis de azúcares y fue vicedirector de nuestro instituto por más de 30 años. Nuestra biblioteca también lleva su nombre.
Pedro Aramendía, investigador y director del Centro de Investigaciones en Nanociencias “Elizabeth Jares-Erijman” (CIBION) que depende del CONICET.El avance la nanociencia y la nanotecnología están iniciando una revolución en el desarrollo de la nanoscopía o técnicas de microscopía que alcanzan a estudiar las células y otros materiales a una escala hasta hace poco impensada de pocos nanómetros o millonésima parte de un milímetro.
“Cada día avanzan más las técnicas que estudian con un gran nivel de detalle lo que ocurre en las interacciones moleculares a escala atómica en sistemas de pocas moléculas o incluso de moléculas únicas”, afirma el doctor en Química Pedro Aramendía, investigador y director del Centro de Investigaciones en Nanociencias “Elizabeth Jares-Erijman” (CIBION) que depende del CONICET y está ubicado en el Polo Científico y Tecnológico de Palermo, en la Ciudad de Buenos Aires.
Aramendía agregó que la posibilidad de visualizar fenómenos que ocurren en las células a escala nanométrica significará comprender con más detalle procesos biológicos claves para la vida y cuya alteración están asociadas a múltiples enfermedades.
En la siguiente entrevista que otorgó a la Agencia CyTA-Leloir en el marco de su participación en los seminarios Cardini del Instituto Leloir, el también profesor titular plenario de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA e investigador superior del CONICET describe su línea de investigación y la capacidad de la nanoscopía para describir fenómenos que ocurren en las células a escala nanométrica.
Así como existen sondas para explorar planetas o la profundidad de los océanos, ¿podría decirse que usted desarrolla sondas para estudiar las células y otros materiales a nivel atómico?
Sí, usamos moléculas con capacidad de emitir luz (fluorescencia). Esta señal es detectada con altísima sensibilidad y está cargada con mucha información del entorno molecular y de su dinámica. Desde el punto de vista espacial, puede brindar información con detalle nanométrico y desde el punto de vista dinámico, se puede llegar a los nanosegundos. Por eso es tan importante el diseño molecular y conocer muy bien el tipo de interacciones que cambian las propiedades fluorescentes de la sonda a la hora de plantear un experimento. Cambios en la longitud de onda (color), intensidad, polarización (orientación espacial) o tiempo de vida (velocidad) de la emisión son las señales que se pueden aprovechar en una enorme variedad de entornos con los más diversos grados de organización: materiales sólidos, fluidos, membranas y organelas y hasta agregados moleculares individuales.
Ustedes han estudiado un receptor para la hormona liberadora de corticotropina tipo 1 (CRHR1) cuya desregulación está involucrada en trastornos relacionados con el estrés y patologías psiquiátricas, neuroendocrinológicas y neurodegenerativas. ¿Podría describir la sonda que desarrollaron para visualizar las moléculas que lo conforman?
Para detectar la posición y potencialmente monitorear la dinámica de CRHR1 trabajamos con grupos del Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA), y del Instituto de Química Física de los Materiales, Medio Ambiente y Energía (INQUIMAE) para diseñar una sonda a medida. Como los requisitos son muchos (alta fluorescencia, estabilidad química, afinidad por un sitio especial de la proteína) comenzamos por un diseño en computadora. Luego vino la larga tarea de la síntesis química en laboratorio, antes de las pruebas de estabilidad química y fotoquímica y de los ensayos celulares. Por suerte todas estas etapas se pasaron con éxito y logramos imágenes de localización de los receptores.
Imagen de microscopía de súper resolución de células neuronales del hipocampo del cerebro.-En el seminario Cardini señaló algunas similitudes entre sus técnicas para estudiar moléculas a nivel celular y el trabajo de los astrónomos para localizar estrellas en el Universo.
La metáfora me pareció a la vez divertida y orientadora. Por un lado, las imágenes que nosotros trabajamos son una proyección sobre el plano de lo que ocurre en una rebanada de la célula: vemos una imagen plana de lo que es un espacio tridimensional, al igual que lo que ocurre en el cielo. Por otra parte, muchos de los programas de análisis de moléculas individuales, en especial los que usan estas técnicas para obtener imágenes ópticas de nanoscopía con resolución de pocas decenas de nanómetros, se han desarrollado por analogía a programas de observación del cielo.
¿Qué otra analogía se le ocurre entre su trabajo y el de los astrónomos?
Nuestra interpretación, en ambas disciplinas, de los experimentos y observaciones, seguramente está teñida por nuestra experiencia previa y quizás puede cambiar en el futuro con nuevas experiencias e interpretaciones. A partir de la distribución espacial molecular en una célula, tratamos de obtener información de la estructura subyacente que determina esta distribución. Y para caracterizarla apuntamos a un método que obtiene indicadores cuantitativos de las imágenes, en base a las distancias al primer vecino de cada molécula.
-El desarrollo de nanoscopios capaces de visualizar la materia a escalas impensadas le valieron el premio Nobel de Química en 2014 a Eric Betzig, William E. Moerner, y Stefan Hell. ¿Qué barreras en cuanto a resolución cree que se podrán alcanzar en el corto plazo?
Me interesa llamar la atención sobre la visión y la información que pueden dar las técnicas que estudian con un gran nivel de detalle lo que ocurre en las interacciones moleculares a escala atómica en sistemas de pocas moléculas o incluso de moléculas únicas. Las nanoscopías ópticas brindan información con nivel de detalle de 10 nanómetros y esa barrera se bajará a unos pocos nanómetros en poco tiempo y en tres dimensiones. Por otra parte, la criomicroscopía electrónica puede dar detalles tridimensionales subnanométricos de estructuras moleculares muy complejas. En eso aventaja a los métodos ópticos y estos, a su vez, ganan en el aspecto dinámico. Empujar estos dos límites simultáneamente, se va a chocar con el impedimento del principio de incertidumbre, así como también con la posibilidad de adquirir y de almacenar información a altísima velocidad. Mientras tanto ganamos en el estudio de conglomerados moleculares muy pequeños que, por ejemplo, pueden determinar el destino celular.
Mirá el seminario Cardini completo:
https://www.youtube.com/watch?v=6Ne7jQYMwA0
¿Qué son los Seminarios Cardini?
Para estrechar lazos con toda la comunidad científica y para que los investigadores y becarios del Instituto Leloir enriquezcan su trabajo, se invita de manera periódica a destacados investigadores argentinos de todas las disciplinas, que trabajan en nuestro país o en el exterior, a dictar seminarios. Se llaman “Cardini” en homenaje al Dr. Carlos Eugenio Cardini cuya figura está ligada con la historia de la Fundación Campomar (hoy Fundación Instituto Leloir): realizó importantes descubrimientos con el Dr. Luis F. Leloir sobre la biosíntesis de azúcares y fue vicedirector de nuestro instituto por más de 30 años. Nuestra biblioteca también lleva su nombre.