¡Hacia lo invisible y más allá!

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Todos hemos visto un microscopio alguna vez. A lo mejor uno muy simple en casa cuando éramos niños y lo usábamos para mirar hojas o piel de cebolla, o tal vez en el colegio si tuvimos suerte, o en los programas del FBI de la televisión. Pero ¿cómo empezó la microscopía y cómo funciona un microscopio?

Figura 1. Diagrama de un microscopio óptico. Crédito de Imagen: Sara González Antón.

Probablemente, cuando pensamos en un microscopio, lo primero que nos viene a la mente es un microscopio óptico. En este tipo de microscopio, la muestra es atravesada por un haz de luz que pasa después por las lentes del microscopio, las cuales aumentan la imagen que no podíamos ver a simple vista.

Sin embargo, hoy en día existen diferentes tipos de microscopios y no todos ellos usan luz. Por lo tanto, si tuviéramos que elegir una única palabra para describir un microscopio a grandes rasgos, probablemente sería «lente». Las lentes empezaron a producirse cientos de años antes de que los microscopios existieran. Además, se ha demostrado que desde los tiempos de los antiguos romanos se usaban pequeñas lentes de aumento, principalmente para producir arte muy detallado. Sin embargo, no fue hasta el siglo XIII cuando las lentes se empezaron a usar con otros propósitos, tal y como el de corregir la vista. En 1590, dos productores de lentes, Zaccharias Janssen y Hans Lipperhey, fueron las primeras personas que desarrollaron el concepto de microscopio compuesto (con más de dos lentes) según los registros encontrados. Sin embargo, no fue hasta 1625 cuando la palabra ‘microscopio’ se usó por primera vez para describir el microscopio compuesto creado por Galileo en 1609 [1].

Figura 2. Microscopio simple de Leeuwenhoek (copia), Leyden, 1901-1930. Science Museum, Londres. Crédito de Imagen: Wellcome Collection.

A pesar de la existencia de estos instrumentos, no hay información escrita de las observaciones que se hicieron con ellos hasta más tarde durante ese mismo siglo. Dos contemporáneos, Antonj van Leeuwenhoek (holandés) y Robert Hook (inglés), fueron las primeras personas que crearon una colección de ilustraciones detalladas usando microscopios. Leeuwenhoek era un comerciante de telas y usaba las lentes para observar los hilos en los tejidos. Creó la impresionante cantidad de 500 microscopios diferentes de una lente y comenzó a usarlos para observar distintos objetos, como una gota de agua. Durante sus observaciones de gotas de agua en un estanque, Leeuwenhoek descubrió los microorganismos, lo que le ganó el título de padre de la microbiología [2].

Al mismo tiempo, en Inglaterra, Robert Hooke usó el microscopio compuesto para estudiar detalles de organismos y plantas que eran desconocidos hasta entonces. Publicó todo su trabajo en el libro llamado Micropgrahia [3], en 1665. También inventó piezas que se han convertido en componentes de los actuales microscopios ópticos, tal y como el Iris diafragma. El trabajo de ambos, Leeuwenhoek y Hook, fue esencial para la formulación de la Teoría Celular más tarde.

Figura 3. Grabado de una pulga en Micrographia, 1665, por Robert Hooke. ID de la obra: ajveb66y. Crédito de Imagen: LookAndLearn.

En 1934, otro danés, Frits Zernike, describió por primera vez el concepto del microscopio de contraste de fase [4]. Contraste se define por las diferencias de señal (color o claridad) entre el fondo y la muestra de interés. Zernike se dio cuenta de que es posible utilizar esta propiedad para crear imágenes de muestras incoloras y sin teñir.

Figura 4. Células de la sangre observadas con un microscopio de fase . Crédito de Imagen: Flickr.

Junto con las mejoras de los microscopios, la aparición de los microtomos, los cuales permiten cortar secciones más finas, así como de métodos de tinción, empezaron a hacer posible la diferenciación de estructuras en los tejidos. Una de las primeras tinciones de las que hay registro fue desarrollada por Joseph von Gerlach, quien usando carmín (un pigmento natural obtenido de un tipo de insecto llamado cochinilla) consiguió diferenciar por primera vez el núcleo del citoplasma de las células. Otro ejemplo bien conocido es la tinción de Gram (1884), desarrollada por Hans C. Gram, la cual se usa para diferenciar distintos tipos de bacterias.

Figura 5. Células de los vasos sanguíneos de ratón que expresan proteína fluorescente verde (GFP). Crédito de Imagen: Sara González Antón.

Muchas de estas técnicas todavía se utilizan ampliamente en los laboratorios [5], aunque fue la utilización de la fluorescencia lo que revolucionó la microscopía óptica. Las proteínas fluorescentes son excitadas y emiten en diferentes longitudes de onda. La primera proteína fluorescente que se usó fue la fluoresceína en 1871. Desde entonces, muchas otras se han identificado y extraído. Algunas de las más utilizadas son las proteínas fluorescentes verde (GFP) y dsRojo, extraídas inicialmente de una medusa y un coral, respectivamente. Hoy en día, es posible unir la expresión de estas proteínas fluorescentes a anticuerpos para identificar poblaciones celulares específicas o a genes para estudiar sus niveles de expresión. Actualmente, existen diferentes microscopios de fluorescencia, tal y como el microscopio de epifluorescencia, confocal o de fluorescencia de excitación con dos fotones [6].

En 1931, Max Knoll y Erns Ruska sobrepasaron los límites de resolución y aumento de la luz creando el primer microscopio electrónico (TEM, por sus siglas en inglés). En este caso, es un haz de electrones en vez de fotones lo que se utiliza para generar las imágenes de las muestras. Como la longitud de onda de los electrones es más corta que la de la luz, esto permite la adquisición de imágenes aumentadas muy detalladas. En 1965, se desarrolló el primer microscopio electrónico de barrido (SEM, por sus siglas en inglés), permitiendo adquirir imágenes 3D de superficies, mientras que TEM crea imágenes 2D de la muestra [7].

En 1981, comenzó una nueva etapa para la microscopía con la invención del microscopio de efecto túnel (STM, por sus siglas en inglés), el cual permite ver imágenes a nivel atómico. Este nuevo tipo de microscopio fue desarrollado por Gerd Binning y Heinrich Roher. Ese mismo año, Binning, junto con Calvin Quate y Christoph Gerber, desarrollaron el microscopio de fuerza atómica (AFM, por sus siglas en inglés). Estos dos tipos de microscopios de barrido de sonda, los cuales permiten hacer observaciones de átomos individuales, han estado muy unidos al desarrollo de la nanotecnología [8].

La microscopía se ha convertido en una herramienta muy importante para entender mejor el mundo que nos rodea: desde entender mejor como funciona nuestro cuerpo y como las enfermedades nos afectan hasta el estudio y el desarrollo de nuevos materiales, entre otras muchas aplicaciones. Dado que la microscopía sigue evolucionando, no podemos esperar a ver las nuevas técnicas y equipo con los que podremos ver lo nunca visto.


Por Sara González Antón, estudiante de doctorado en Imperial College London.

Más información:

  1. Wollman et al., 2013.
  2. Lane 2015.
  3. [Inglés] Micrographia, por Robert Hooke, 1665. Disponible online aquí.
  4. [Inglés] Introduction to Phase Constracts Microscopy. Fuente: Microscopyu. Disponible online aquí.
  5. [Inglés] An Introduction to Routine and Special Staining. Fuente: Leica Biosystems. Disponible online aquí.
  6. [Inglés] Microscopy Techniques. Fuente: Microscopyu. Disponible online aquí.
  7. Transmission Electron Microscopy vs Scanning Electron Microscopy. Fuente: ThermoFisher. Disponible online aquí.
  8. Baird and Shew, 2004.
  9. The microscope. Fuente: Science Museum. Disponible online aquí.

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