Nobel de Química: trencant els límits de la microscopia

Que passa quan algú et marca una barrera, un límit infranquejable, una zona d’exclusió? Doncs que t’entren ganes de creuar-ho i endinsar-te en la zona prohibida. A tots ens agrada, però als científics ens torna bojos. El problema és quan la frontera la marquen les lleis de la física. No te les pots saltar així com així. Però de vegades pots buscar estratègies per sortejar-les. I això és el que han fet els guanyadors del Premi Nobel de química.

Els microscopis són l’eina que ens va obrir les portes del món microscòpic. Aprofitant les característiques de les lents i les lleis de la òptica podíem obtenir imatges de coses que estan més enllà de la capacitat dels ulls. Amb ells els objectes de poques mil·lèsimes de mil·límetre (de micres) podien ser estudiats, analitzats o simplement admirats. Les cèl·lules és el més clàssic, però qualsevol cosa esdevenia visible… fins a cert límit.

El límit el marcava la longitud d’ona de la llum visible. Al voltant de 0,2 micres (o 200 nanòmetres) els microscopis ja no podien donar més de sí. No per problemes tècnics sinó perquè les coses a mesurar serien més petites que el sistema de detecció que és la pròpia llum.

Però a principis dels anys 90, l’Stefan Hell va pensar una manera de superar la barrera aprofitant les tècniques de fluorescència. En la fluorescència, una molècula és excitada per llum de determinada longitud d’ona i tot seguit torna a la normalitat emetent un altre tipus de llum. En microscòpia es fa servir molt aquesta característica que permet il·luminar diferents zones del que volem veure mentre la resta segueix a les fosques.

Però igual que podem activar la molècula perquè brilli, també podem desactivar-la fent servir una llum que apaga la fluorescència (tècnicament fa que els electrons emetin la radiació fora de l’espectre visible).

El que en Hell va dissenyar va ser un sistema en el que allò que volem mirar i que està marcat amb molècules fluorescents es sotmès a un feix de llum que apaga la fluorescència i tot queda fosc. Però la intensitat d’aquest feix és alta als extrems i nul·la al centre. Com un dònut. I al centre li posa un feix de llum diferent que sí que excita la fluorescència i permet que les molècules del centre (i només aquestes) emetin llum. Desplaçant aquest feix per la mostra pot anar fent un dibuix super-microscòpic de la zona. I si la zona d’activació és prou petita, la resolució de les imatges pot estar per sota del límit de les 0,2 micres i milloren el rendiment de manera extraordinària. Són el que s’anomena microscopi STED (per STimulated Emission Depletion).

Un altre que també va esquivar el límit de les 0,2 micres va ser en W. E. Moerner, que va aconseguir obtenir imatges fluorescents de molècules individuals. Va fer servir unes molècules de la GFP (proteïna fluorescent verda) que quan les il·luminava amb determinada llum perdien la fluorescència, però els la podia tornar fent servir un tipus de llum diferent. Com si fos un interruptor que encenia i apagava la fluorescència. Tot seguit va posar molècules de GFP en una superfície de manera que estiguessin prou disperses com per identificar-les per separat. I encenent i apagant la fluorescència va poder fotografiar-les individualment.

De fet, només era un puntet de llum, però per primera vegada aquell puntet provenia únicament d’una molècula individual.

I finalment l’Eric Betzig va aprofitar els interruptors de fluorescència d’en Moerner per fer preparacions microscòpiques marcant estructures de cèl·lules amb la GFP. Normalment queden moltes marques apilotonades, però ell va jugar a encendre i apagar la fluorescència i ho feia amb estímuls tan febles que cada vegada s’activaven només unes poques de les molècules que havia posat. La gràcia era anar captant imatges de cada pols de llum i tot seguit acoblar-les totes per formar la imatge de superposició completa. Amb això la resolució arribava a identificar coses com proteïnes individuals situades a la membrana de les cèl·lules.

Es diu que amb ells es va obrir el camp dels nanoscopis. Els microscopis permetien imatges de micròmetres (mil·lèsimes de mil·límetre) i els nanoscopis arriben als nanòmetres (milionèsimes de mil·límetre).

I a més del premi Nobel, van tenir la satisfacció de saltar-se una barrera aparentment infranquejable. Que més es pot demanar?

7 comentaris

  • Daniel Closa

    10/10/2014 9:22

    Suposo que es per la fluorescència. però aquest anys tinc la sensació que els han creuat. El de química és molt “físic” i el que van donar de física en realitat era per aconseguir els cristalls de nitrur de gal·li necessaris per fer els LED, de manera que era molt “químic”

  • jordi franquesa

    09/10/2014 14:18

    una pregunta…. pq de química? per la flourescència?

  • Daniel

    09/10/2014 10:35

    Carquinyol. però molta!

    Joan. Es clar. Les barreres de les lleis físiques no les pots saltar. Només les pots esquivar. I ells els hi han fet un by-pass brillant.

  • Joan Codina

    09/10/2014 10:14

    La barrera encara hi és però ells han estat capaços d’agafar una escala i mirar-hi des de dalt. Això és astúcia.

    Jo vaig flipar un dia que vaig senir a aquesta dona parlant del STORM http://www.icfo.eu/research/group_details.php?id=33

  • Carquinyol

    09/10/2014 8:54

    Es pot dir que tenien molta vista !! ;)

  • Daniel

    09/10/2014 8:51

    Realment, la llum està esdevenint una eina de primer ordre per fer moltes més coses de les que mai haviem imaginat.

  • Pons

    09/10/2014 8:19

    Veig que la temàtica dels Nobel d’aquest any era el tema de la llum :P