Dr. Steffen Härtel |
Un acercamiento arquitectónico a la interfase entre estructura y función biológica persigue el Laboratorio de Procesamiento de Imágenes Científicas ( Scientific Image Analysis, SCIAN-Lab) liderado por el doctor Steffen Härtel, en el Programa de Anatomía y Biología del Desarrollo del Instituto de Ciencias Biomédicas.
Esta unidad desarrolla programas especializados para revelar información dentro de imágenes, cuantificando e interpretando eventos dentro de ellas que no son susceptibles para la percepción humana. Tanto las herramientas matemáticas para la reconstrucción y el análisis de imágenes, como la infraestructura microscópica son únicas en Chile y Latinoamérica, informa el doctor Hartel. “Utilizamos la física y la matemática para analizar diversos fenómenos, a portando, entre otras, al análisis in vivo de los movimientos celulares durante la morfogénesis temprana de peces teleósteos”, líneas de investigación que se persiguen en colaboración con el Laboratorio de Neurobiología Comparada y Biología del Desarrollo, del doctor Miguel Concha. Y añade que “con estas nuevas instalaciones queremos que las ciencias exactas aplicadas, la informática y la biología se integren y se desarrollen de una manera interdisciplinaria”.
Así, la labor de este biofísico se realiza en dos partes. Primero, se adquieren imágenes tridimensionales de estructuras biológicas utilizando microscopios ópticos de alta resolución espacial y temporal, como el microscopio confocal “spinning disk”, una de las nuevas adquisiciones. A estas imágenes se le aplica el procedimiento llamado “deconvolución”, un modelamiento basado en la teoría óptica no lineal, que reconstruye detalles de estructuras biológicas, separando señales verdaderas del ruido, y mejorando la cualidad de la información. “Así se revelan estructuras escondidas para la visión humana. Queremos conocer el objeto verdadero y no solamente el reflejo dentro de nuestra limitada percepción visual”, añade doctor Härtel, señalando que “somos los únicos en el país que utilizamos este acercamiento en forma cotidiana”.
Una nueva forma de mirar
Luego de esta primera fase, comienza el estudio de las estructuras de los objetos para caracterizar y entender diferentes aspectos morfológicos y topológicos a través de parámetros matemáticos. “Aplicando matemática morfológica, la microscopía deja de ser una simple herramienta de visualización y se convierte en una metodología cuantitativa para clasificar formas, complejidades de superficies, distancias y orientaciones entre objetos, que junto al acercamiento a la función de los procesos permiten una visión arquitectónica de la biología microscópica”. Mostrando una imagen obtenida del cerebro de un embrión de un pez cebra en vivo, ejemplifica que “gracias a la alta calidad que vemos de los bordes celulares dentro de ese cerebro, somos capaces de segmentar células individuales, partes que nos interesan en especial y medir toda una gama de parámetros morfo-topológicos, como sus ejes de rotación y orientación en el espacio, el cambio morfológico y la migración, tanto como el cambio en la orientación de las células, por separado y en conjunto. Podemos seguir estructuras en vivo dentro del organismo y ver cómo cambian a través del tiempo”.
Toda esta información entrega un potencial de interpretación que es muy valioso para entender la genética de los procesos: “cuáles de los genes implicados en la formación de estructuras hacen qué y cuándo, cuáles quizás alteran la orientación pero no la migración de las células, cuáles cambian su morfología pero no las distancias entre ellas. De este modo podemos introducir un idioma matemático a los procesos, agregando nuevos términos a la observación, y dándonos herramientas para probar hipótesis, viendo, por ejemplo, si un gen cambia una organización en forma significativa o no y cuáles son las sutilezas dentro de estos procesos”.
Abierto a colaboraciones, el doctor Härtel espera que muchos investigadores puedan aprovechar esta tecnología, líder en la región e incluso con página web propia: www.scian.cl . “La combinación entre una percepción visual optimizada y la cuantificación de características morfo-topológicas desde niveles sub-celulares hasta supra-celulares es esencial para abordar, comprender y predecir la formación de patrones. La imagenología in vivo en tres dimensiones está en el corazón de la biología celular. Nuestro laboratorio crea un enfoque transversal entre disciplinas biológicas y matemáticas computacionales para abordar los marcos teóricos y prácticos dentro de la adquisición y el análisis cuantitativo de estructuras en sistemas bioquímicos, en neuro-biología y dentro de la biología del desarrollo”.
Cecilia Valenzuela |
