Sondas fluorescentes permiten obtener imágenes del ADN con una resolución insólita

El equipo probó las sondas fluorescentes en cortes de tejido intestinal procedentes de tres pacientes con cáncer. Se trata de muestras habituales conservadas en parafina, la forma en que casi todos los hospitales almacenan las biopsias.

En los tumores, el ADN estaba notablemente más suelto y disperso que en el tejido sano situado justo al lado.

Otros estudios también han observado que el ADN se desempaqueta de forma progresiva a medida que el cáncer avanza, y el equipo plantea que el grado de compactación del ADN de una célula podría llegar a servir como medida de progresión de un tumor o de su agresividad.

Actualmente, el personal médico examina este tipo de biopsias a simple vista, mediante un método de tinción con más de un siglo de antigüedad. El avance, descrito en la revista Molecular Cell, también podría, algún día, permitirnos observar cómo el ADN ocupa el espacio tridimensional dentro de las células, como una pista adicional para diagnosticar y tratar el cáncer.

«Con la misma molécula podemos hacer dos cosas muy distintas. En una célula viva podemos observar el ADN en movimiento, lo que nos indica cómo se comporta la cromatina, el estado natural del ADN en las células. En una célula conservada podemos ampliar la imagen hasta situarnos casi a la escala de la propia molécula de ADN. Combinar ambos enfoques nos ayuda a ver, con una resolución sin precedentes, una de las principales capas de control de la biología humana», explica la profesora de investigación ICREA Pia Cosma, autora principal del estudio.

Dos metros de ADN comprimidos

Cada célula del cuerpo humano contiene dos metros de ADN comprimidos en un espacio minúsculo. El grado de compactación con que se pliega determina qué genes se activan y cuáles permanecen apagados.

Casi todas las imágenes del plegamiento del ADN proceden de células que ya están muertas. Las potentes técnicas de microscopía necesarias para rastrear componentes individuales del ADN en las células suelen requerir tratar las muestras con productos químicos agresivos y luces láser intensas que las células vivas no pueden soportar.

Un equipo del Centro de Regulación Genómica (CRG) de Barcelona, la City University of Hong Kong y el Guangdong Provincial People’s Hospital (Guangdong Academy of Medical Sciences) ha descubierto una nueva forma de superar este obstáculo mediante el diseño de nuevas sondas fluorescentes.

Estos colorantes, denominados HoT, pueden desplazarse por sí solos hasta el interior de las células vivas y adherirse al ADN. Las sondas están diseñadas para parpadear de forma intermitente, es decir, que se encienden y se apagan como lucecitas. El equipo las probó en células vivas de piel humana y en células cancerosas HeLa vivas cultivadas en el laboratorio.

Si todas las moléculas fluorescentes se encendieran a la vez, los microscopios captarían una imagen borrosa. Al parpadear de una en una, un microscopio avanzado determina con exactitud dónde se encuentra cada sonda. Tras tomar miles de instantáneas, un programa informático reconstruye una imagen diez veces más nítida que la de los microscopios convencionales.

«El principal reto era diseñar moléculas fluorescentes con el comportamiento de parpadeo adecuado para la obtención de imágenes de superresolución», afirma la profesora Hongyan Sun, de la City University of Hong Kong y coautora principal del estudio.

Tecnología de microscopía avanzada

Un microscopio corriente difumina cualquier objeto separado por menos de unos 200 nanómetros. Las nuevas sondas permitieron al equipo utilizar una tecnología de microscopía avanzada llamada STORM para visualizar el ADN con una resolución de 20 nanómetros dentro de células vivas.

El equipo pudo ampliar todavía más la imagen empleando células muertas y conservadas con productos químicos que fijan sus estructuras. Mediante una técnica denominada MINFLUX, aplicada a células de laboratorio conservadas, lograron localizar moléculas individuales de colorante con una precisión de tres milmillonésimas de metro, es decir, 3 nanómetros, medida cercana al ancho de la hebra de ADN.

«El diámetro de la doble hélice del ADN es de aproximadamente 2 nanómetros, de modo que una precisión de localización de 3 nanómetros nos acerca notablemente a la escala física de la propia molécula de ADN», afirma Aiping Wang, primera autora del estudio.

Las sondas también funcionaron en tejidos no humanos. El equipo las utilizó en cortes de ojo de pez cebra, un animal capaz de regenerar la retina dañada. Se cree que la regeneración de la retina en estos animales implica que las células aflojan su ADN para volver a ser flexibles.

IA del núcleo

En un experimento aparte, el equipo demostró que una inteligencia artificial puede aprender a interpretar estas imágenes. Utilizaron AINU -siglas en inglés de «IA del núcleo»-, un programa que el mismo equipo presentó en 2024 y que analiza imágenes de superresolución del ADN de una célula para detectar patrones demasiado sutiles para el ojo humano. Entrenada con las nuevas imágenes de células vivas, AINU distinguió correctamente las células de piel de las células madre entre el 96% y el 98% de las veces.

Ambos tipos celulares contienen un ADN idéntico, pero lo pliegan de forma distinta, y la IA fue capaz de percibir la diferencia. Cuando AINU se desarrolló por primera vez, solo podía estudiar células muertas y conservadas. Combinarla con las nuevas moléculas fluorescentes permite que ahora funcione con células vivas. Es el mismo principio que el equipo espera poder aplicar algún día para distinguir el tejido canceroso del sano, o para seleccionar las células madre más prometedoras y acelerar los avances en medicina regenerativa.

Las moléculas fluorescentes tienen sus limitaciones. Recubren la totalidad del ADN en lugar de señalar un gen concreto. Las imágenes más nítidas requirieron células conservadas, no vivas, aunque el equipo afirma que ya está trabajando en ello en estudios posteriores y que MINFLUX tiene el potencial de captar las sondas en células vivas.