Hi ha més del que sembla a primera vista al Parc de Recerca Biomèdica de Barcelona (PRBB) – en sentit figurat i literal. Fora de la vista, a la planta -1 de l’edifici, hi ha no només un dels més complexes i robotitzats estabularis a Europa, sinó també dues instal·lacions d’imatge d’última generació: la instal·lació d’imatge de mesoscòpia (MIF) del Laboratori Europeu de Biologia Molecular – Barcelona (EMBL Barcelona) i la Unitat de Microscòpia Òptica Avançada (ALMU) del Centre de Regulació Genòmica (CRG), situades en el mateix espai. “Durant els últims 6 anys, hem ofert serveis complementaris a l’ALMU; ells ofereixen microscòpia confocal i a escala de superresolució. Nosaltres oferim mesoscòpia”, afirma Gopi Shah, Gerent d’Iniciatives Estratègiques d’Imatge del MIF, EMBL Barcelona.
Mesoscòpia: l’entremig
La microscòpia s’ocupa de coses molt petites: mostres de mida nano a micro, com ara seccions de teixits, cèl·lules individuals, estructures subcel·lulars, orgànuls, etc. A l’altre costat de l’escala hi ha els raigs X, les ressonàncies magnètiques, les tomografies computades i similars; tecnologies que associem més sovint amb els hospitals i que són útils per mirar al nivell del pacient humà. La mesoscòpia representa l’escala entremig i afegeix volum.
Els sospitosos habituals que es mostren amb sistemes de mesoscòpia són embrions sencers d’organismes model (embrions de mosca, embrions de peixos, embrions de ratolí) o òrgans sencers d’organismes model adults, com el cervell, els pulmons, els ronyons, la melsa, els ovaris, etc.
El tipus de mides que es poden veure amb la mesoscòpia van des d’uns pocs centenars de micres fins a uns pocs centímetres, amb algunes excepcions. “Hem pogut visualitzar el creixement i el desenvolupament d’organoides vius i altres models in vitro que s’han desenvolupat en els últims anys. Tenen una mida d’uns quants centenars de micres, per la qual cosa són més petits de l’habitual per a la mesoscòpia, però és difícil obervar-los amb altres microscopis (confocals, de superresolució) ja que són mostres 3D i densament empaquetades. Per això els nostres sistemes són útils per a aquests organoides, ja que ens permeten veure mostres des de múltiples direccions i reconstruir un volum 3D complet. A més, investigadors de l’Institut de Ciències del Mar (ICM – CSIC) ens porten mostres de 20-50 micres, i tot i així encara aconseguim tractar-les amb alguns dels nostres sistemes”, explica Gopi.
El MIF està obert a tothom, ja que rep finançament bàsic del Laboratori Europeu de Biologia Molecular, la major infraestructura europea de Ciències de la Vida. “Estem encantats de treballar amb usuaris i institucions molt diversos, des de col·legues de l’EMBL fins als nostres veïns del PRBB, laboratoris, hospitals o socis de la indústria a Barcelona i més enllà. El nostre principal objectiu és donar un servei d’avantguarda a la comunitat científica”, afirma la gerent del MIF.
El nostre principal objectiu és donar un servei d’avantguarda a la comunitat científica, vingui d’on vingui.
Gopi Shah, Gerent d’Iniciatives Estratègiques d’Imatge, MIF, EMBL Barcelona
Pel que fa al cost, afegeix: “Fins ara, no hem cobrat per utilitzar la instal·lació. Cada nou sistema necessita moltes proves, i els usuaris ens han ajudat amb això. Per tant, actualment estem gestionant la instal·lació amb un enfocament col·laboratiu i en el futur els nostres serveis podran ser amb preus assequibles. Estem compromesos a construir col·laboracions i oferir un servei d’imatge d’avantguarda a tants laboratoris com sigui possible”.
Diferents microscopis i diferents tècniques
La microscòpia de fluorescència de làmina de llum (LSFM, també anomenada microscòpia d’il·luminació plana selectiva o SPIM) és el principal tipus d’imatge que es fa a la instal·lació. Disposen de 2 equips casolans i 3 comercials, cadascun amb aplicacions diferents. Els casolans es poden personalitzar per a coses que no es poden fer amb els comercials. Observen mostres grans com un embrió de ratolí sencer o fins i tot el cervell d’un ratolí adult amb una resolució d’una sola cèl·lula. “També utilitzem aquests sistemes per obtenir imatges d’organoides vius: pots fer imatges durant dies i els organoides estan còmodes allà!”, explica Gopi.
La tomografia de projecció òptica (OPT), una altra de les tècniques que ofereixen, utilitza una font de llum i una càmera, posant la mostra entremig. Funciona fent girar la mostra 1 grau cada vegada i fent una foto. Així, s’acaba amb imatges de 360° i es pot reconstruir l’objecte 3D de la mateixa manera que un sistema de raigs X en una clínica permet als metges fer una reconstrucció 3D dels teus ossos. Aquests són útils per a mostres més grans, i la instal·lació posseeix dues màquines OPT, una comercial i una altra casolana.
Un tercer tipus de tecnologia que tenen a la instal·lació és l’holotomografia: permet obtenir imatges en directe de cultius cel·lulars en una placa i làmines planes de cèl·lules que no necessiten etiquetes (ni colorants ni etiquetes fluorescents), ja que utilitza el contrast inherent que prové del fet que cada compartiment d’una cèl·lula té un índex de refracció diferent. Així es poden veure els orgànuls dins de les cèl·lules. L’única limitació és que només pot capturar una profunditat de 30 micres.
Tots aquests sistemes d’imatge permeten diferents maneres de visualitzar les mostres, ja siguin vives o tractades.
“Podem fer aclariment de teixits, que és una tècnica per aprofundir en una mostra; s’apliquen productes químics perquè es torni transparent i uniforme en el seu índex de refracció”, explica Gopi, que afegeix que això és útil per veure un òrgan de ratolí sencer o fins i tot un ratolí adult sencer. “Es pot disseccionar un òrgan, fer l’etiquetatge, fer l’aclariment de teixits amb els reactius químics i mirar-lo amb microscòpia de làmina de llum o OPT”. L’holotomografia és l’única que no es pot utilitzar per a mostres ‘aclarides’.
A més dels seus microscopis i tècniques especialitzades, disposen d’alguns equips més habituals, com un microscopi d’epifluorescència per executar un time-lapse, o per comprovar si l’etiquetatge de les mostres ha funcionat correctament, una campana de cultiu de teixits per si es necessita alguna petita manipulació, i una zona de laboratori on els usuaris poden preparar les seves mostres si cal.
Un procés pas a pas
Normalment, quan un usuari o usuària està interessat a utilitzar la instal·lació, se segueix un procés de 3 passos:
- Reunió/consulta on els investigadors expliquen què volen aconseguir. El personal de la instal·lació els mostra el que tenen i discuteix què és possible i què és el més adequat per a la tasca.
- Els usuaris reben formació (2-3 sessions) i després poden registrar-se, reservar i utilitzar els instruments. També se’ls assessora sobre la preparació de mostres: com mantenir-les vives, com fer el muntatge de mostres i l’aclariment de teixits, etc.
- Processament d’imatges i visualització i anàlisi de dades: el MIF compta amb una persona dedicada al processament d’imatges per ajudar els usuaris a manejar les dades; també pot escriure codis personalitzats per ajudar en l’anàlisi d’imatges.
La unitat genera tones d’imatges. “El light-sheet és molt ràpid: pot gravar el batec del cor d’un peix zebra, una estructura 3D que batega 2 vegades per segon”, diu Gopi. Segons ella, si s’utilitzen tots els instruments de la instal·lació, són diversos terabytes de dades al dia. És per això que ofereixen un espai d’emmagatzematge de dades temporal on els usuaris poden guardar les dades per al processament i l’anàlisi posterior.
Un equip expert
El MIF és un equip interdisciplinari i internacional de 5 persones, amb formació en biologia, enginyeria i física.
“Tenim 2 enginyers òptics, 2 biòlegs i un analista d’imatges que permeten fer els diferents passos d’un experiment d’imatge. Però tothom, sigui quin sigui la seva expertesa original, s’ha especialitzat en imatges”, explica Gopi, que té experiència en imatges de mostres en viu.
Montserrat Coll Lladó és l’experta en l’aclarament de teixits. També tenen dos enginyers òptics que construeixen els microscopis. Jim Swoger, que també és el cap de la instal·lació, i Spyridon Bakas, que actualment està treballant en el desenvolupament d’un nou sistema de sobretaula i en personalitzar els sistemes comercials; per exemple, si un experiment necessita un nou suport per les mostres, o algú necessita alguna eina física, els fa al microfablab, situat a la planta -2 del PRBB. Per als equips casolans, de vegades les peces són comercials i de vegades dissenyades específicament en un taller o impreses en 3D. Òbviament necessiten condicions especialitzades per desenvolupar aquests sistemes, i tenen grans taules antivibracions a la instal·lació per al seu desenvolupament.
Nicola Gritti és un expert en el maneig, processament i anàlisi de dades d’imatges. Ajuda els i les usuàries amb la formació i la personalització dels procesos de processament d’imatges. En conjunt, l’equip ofereix suport de principi a final als usuaris de la instal·lació.
Microscòpia d’expansió
L’equip ha estat experimentant últimament per intentar veure coses més petites. Hi ha dues maneres principals d’aconseguir-ho:
- La manera òptica. Normalment no es poden veure dos objectes que estiguin a menys de 200 nm, però amb tècniques de microscòpia de súper resolució es pot baixar fins a 20 nm. Aquesta microscòpia de superresolució està disponible a la unitat ALMU del CRG, que comparteix espai amb el MIF.
- Expandint les mostres isotròpicament. Això vol dir separar totes les estructures i molècules d’una mostra de manera que la relació entre elles sigui la mateixa. Això es pot fer posant la mostra en un polímer (un tipus de gel) que s’expandeix en presència d’aigua. D’aquesta manera es pot expandir una cosa de 4 a 10 vegades en una direcció. “Montserrat Coll Lladó i la seva estudiant de pràctiques de la UPF, Laura Campamé, ho van fer amb un embrió de ratolí de 12 dies; va ser com utilitzar un zoom molt potent!”, remarca Gopi.
“Recentment hem estat emocionats provant noves tècniques, inclosa la microscòpia d’expansió. Hi ha tantes possibilitats! Estem encantats de parlar amb qualsevol persona interessada a utilitzar les nostres instal·lacions i veure què pot fer la mesoscòpia per la seva investigació; volem fer projectes interessants!”, diu Gopi amb entusiasme.
A partir de febrer de 2025, la unitat oferirà visites regulars dirigides a usuaris potencials; seràs el següent? Estigueu atents o poseu-vos en contacte amb ells a mif@embl.es.
