Sondas fluorescentes para conocer el submundo de la célula

Así como la NASA y agencias similares de otros países envían sondas a Marte, en la UNAM se hacen sondas fluorescentes que se envían a la célula.

Una es una sonda espacial, la otra una sonda molecular, tan diferentes como los mundos macroscópico y microscópico a los que son enviadas.

En el Instituto de Química, el doctor Arturo Jiménez Sánchez diseña y sintetiza sondas ‘a la carta’, sensores para monitorear procesos muy específicos en el mundo de la célula.

Las sondas fluorescentes hechas en la UNAM son moléculas orgánicas, compuestas principalmente de átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

Jiménez Sánchez hace desde el diseño computacional (modela moléculas para un fin específico) y la síntesis, hasta los estudios en espectroscopias diversas (fluorescencia, resonancia magnética nuclear, infrarrojo, fotoacústica), microscopía de fluorescencia y las pruebas in vitro de las sondas fluorescentes.

Estas sondas sirven para conocer como se comporta un organelo cuando la célula está muriendo, proliferando o está estresada.

La molécula sonda, en determinadas circunstancias, recibe un estímulo y genera una respuesta: una señal de fluorescencia. La cuantificación y localización de esta señal es útil para estudiar su distribución espacial dentro de una célula.

Micro paneles solares

Las sondas fluorescentes, dice el investigador del IQUNAM, son como celdas solares. Aquéllas como éstas tienen estructuras planas con mucha área para interactuar con la luz.
Mientras la celda solar fotovoltaica absorbe luz y genera electricidad o emite electrones, la sonda fluorescente absorbe luz y emite una luz diferente, de menor energía, llamada fluorescencia.

La sonda absorbe una luz y emite otra de diferente color. Si es azul, “nos da verde o anaranjada; si damos verde, recibimos roja y así sucesivamente”.

Así, por el cambio de color y la cantidad de dicha luz, ese sensor reporta la presencia o variación de uno o varios analitos químicos (pH, algún ión metálico, anión) y/o parámetros fisicoquímicos (temperatura, campo eléctrico, tensión) en las membranas de un organelo de la célula.

Dinámicas subcelulares

Un mundo de interacciones químicas ocurren cuando uno o varios analitos propician que haya contacto físico entre dos membranas de algún organelo u organelos de la célula, como el núcleo, la mitocondria, los lisosomas, el retículo endoplásmico…

Jiménez Sánchez utiliza sondas fluorescentes para estudiar esas dinámicas entre membranas subcelulares y así detectar variaciones en la morfología.

Según su morfología y el tipo de analitos presente, la membrana de algún organelo intracelular presenta dinámicas como flujo, intercambio o reacomodo de iones o de proteínas

Las sondas permiten detectar y cuantificar esas dinámicas que ocurre en el submundo celular. Si la molécula sonda está en un medio con diferente acidez o pH, por ejemplo, emite un color diferente y con menor o mayor intensidad.

Cuantificar los fotones o cantidad de luz, dice Jiménez Sánchez, permite detectar la presencia de un analito o de un agente o sustancia química de interés para nosotros.

La presencia de analitos nos da una idea más precisa de “que algo está generando una variación morfológica (cambia forma, tamaño o movilidad) en un organelo”.

Los analitos que mide el investigador del IQUNAM no sólo son especies químicas sino también físicas como cambios morfológicos, motilidad, fusión y fisión de organelos, así como parámetros fisicoquímicos como flujo eléctrico, temperatura y tensión.

Sondas versátiles

Aunque es ciencia básica y “no hay el impacto que nos gustaría en la sociedad”, las investigaciones de Jiménez Sánchez han sido importantes para conocer de manera más detallada el mecanismo de la mitocondria que favorece la muerte de una célula.

“Células cancerígenas sí, pero —subraya— no tiene nada que ver con curar el cáncer. Eso está en otro universo, totalmente diferente”.

Tiene que ver más con por qué ciertas especies químicas se pueden oxidar dentro de la mitocondria, tema de gran interés en colegas de fisiología celular, biomedicina o medicina diagnóstica.

Como hay muchos agentes oxidantes de moléculas y proteínas, pero no sondas comerciales para todos, Jiménez Sánchez desarrolla “sodas como a la carta”, a la necesidad de un investigador interesado en monitorear algún proceso muy especifico.

En el IQUNAM se ha diseñado y sintetizado moléculas sonda para investigaciones en tejido de cáncer de mama que se realizan en el INMEGEN y en pez zebra para entender procesos de desarrollo humano, en el Instituto de Fisiología Celular de la UNAM.

Al ser versátiles, dice finalmente Jiménez Sánchez, las sondas fluorescentes son también útiles en química ambiental, química de materiales y otro tipo de químicas.