Imagen Infrarroja en Biología
¿Por qué usar imagen (IR) para analizar tejidos?
Las imágenes infrarrojas permiten el análisis de muestras biológicas con una preparación mínima de la muestra y sin el uso de agentes de contraste. Es la alternativa a los métodos tradicionales de tinción.
Tradicionalmente, el análisis de los tejidos biológicos suele realizarse mediante métodos microscópicos. El bajo contraste visual se compensa con la tinción de colorantes para resaltar las regiones de interés, y así visualizar componentes específicos (proteínas, carbohidratos, lípidos).
Para visualizar patrones de enfermedad (por ejemplo, cáncer, neurodegeneración), se utiliza la tinción inmunohistoquímica (IHC), en la que la tinción se consigue utilizando anticuerpos, que se unen específicamente a los antígenos de la muestra de tejido.
Esto puede ser eficaz, pero lleva mucho tiempo, es complejo y tiene serias desventajas, por ejemplo, las reacciones cruzadas, que conducen a una fuerte tinción de fondo y una débil tinción del antígeno objetivo.
En la obtención de imágenes por infrarrojos no se necesitan agentes de tinción. Utiliza la luz infrarroja para estudiar las vibraciones moleculares y, por tanto, proporciona respuestas claras sobre la composición química de las muestras
¿Cómo funciona la imagen IR?
Las imágenes IR revelan la naturaleza química de las estructuras biológicas e identifican proteínas, lípidos, polisacáridos, etc. En muchos estudios científicos se ha demostrado que el método permite diferenciar las células cancerosas de las normales. Además, se pueden discriminar las diferentes formas estructurales de las proteínas (α-hélice, β-hoja y giros aleatorios) y los ácidos grasos (grado de insaturación).
Las secciones de tejido se colocan sobre superficies metálicas reflectantes o ventanas transparentes IR especiales (CaF2, KBr, ...) y se someten primero a una inspección visual y luego al análisis infrarrojo propiamente dicho. Durante la medición se registra un espectro infrarrojo completo en la resolución espacial seleccionada, por ejemplo, cada 10 µm.
Existen diferentes enfoques para la obtención de imágenes de tejidos por infrarrojos: se pueden utilizar detectores de un solo elemento o tecnología avanzada como los detectores de matriz de plano focal, que también permiten obtener imágenes ultrarrápidas de alta resolución.
Imágenes de tejidos biológicos mediante la tecnología FPA (matriz de plano focal)
Como ya se ha mencionado, las muestras de tejido biológico suelen ser grandes y no muestran rasgos distintivos claros en la imagen visible. Esto dificulta bastante la identificación de las zonas relevantes. Por lo tanto, es útil analizar toda la sección de tejido en una sola vez.
En este tipo de aplicaciones, los detectores de matriz de plano focal (FPA) representan una ventaja decisiva. En general, funcionan como una cámara digital y capturan áreas de muestra de 32 x 32 píxeles (o más), donde cada píxel individual contiene un espectro IR completo.
Nuestro vídeo muestra el análisis de un corte de tejido de intestino de ratón (1,12 µm x 1,12 µm) mediante imágenes FPA en tiempo real. Para ello se preparó la muestra en una ventana de CaF2. En la vista previa en vivo, se seleccionó una banda espectral IR representativa de las proteínas para proporcionar una primera imagen química durante el análisis.
Aplicaciones de la imagen IR en el análisis de tejidos
Con un 30,5%, el cáncer de mama es el más frecuente entre las mujeres de todos los países del mundo industrializado.
Estas imágenes químicas infrarrojas codificadas por colores muestran la distribución de componentes biológicos individuales en el tejido mamario canceroso. El negro indica los valores más bajos, el rojo y el blanco los más altos. Región cancerosa (izquierda), colágenos (centro) y proteínas (derecha).
Las enfermedades neurodegenerativas suelen implicar la formación de proteínas desnaturalizadas que difieren en su estructura de las proteínas nativas.
Este ejemplo muestra las imágenes químicas del cerebro de una rata. A la izquierda se visualizan las proteínas desnaturalizadas y a la derecha se compone una imagen WTA de la muestra de cerebro de rata que muestra: ácidos grasos (rojo), proteínas nativas (azul) y proteínas desnaturalizadas (verde).
