Todos hemos escuchado y visto, cómo un cuadro pinta mil palabras. Ahora, en un giro científico en ese dicho, investigadores del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético (National MagLab) con sede en la Universidad Estatal de Florida, están creando imágenes que pintan miles de moléculas.

Usando un instrumento excepcionalmente poderoso, los científicos han perfeccionado una técnica llamada imágenes de espectrometría de masas (MSI) que traduce una gran cantidad de datos en imágenes detalladas de la composición molecular de las muestras biológicas. Su trabajo, publicado esta semana en Química analítica , presenta imágenes con una resolución de masa tan alta que cada color de la imagen representa un tipo distinto de molécula.

MSI no es nuevo. Durante años, Los científicos han utilizado la técnica para convertir los análisis de espectrometría de masas de la composición química de una muestra en representaciones espaciales que muestran qué moléculas ocurren y dónde.

¿Qué es diferente ahora? explicó el químico de National MagLab Don Smith, autor correspondiente del estudio, es la amplitud y profundidad de los datos generados con el espectrómetro de masas de resonancia ciclotrónica de iones (ICR) de 21 teslas, récord mundial del laboratorio, llamado el "21-T" para abreviar. Tesla es una unidad de fuerza de campo magnético; un imán de nevera tiene un campo de aproximadamente 0,01 teslas y un imán de resonancia magnética de hospital típico tiene un campo de 2 o 3 teslas.

El 21-T permite que las imágenes de espectrometría de masas se conviertan en ultra alta definición, con muchos más píxeles que componen la imagen.

"Me gusta pensar en esto como la mayor cantidad de información por píxel:cuánta información química podemos obtener de cada píxel en un período de tiempo determinado, ", Dijo Smith." Estamos observando nuevas moléculas que nunca se han observado, nunca antes se había resuelto en masa en tejido ".

El año pasado, Smith se asoció con Ron Heeren del Instituto de Imágenes Moleculares Multimodales de Maastricht en la Universidad de Maastricht en los Países Bajos. Con su equipo, los científicos realizaron un mes de experimentos en el 21-T, examinar el tejido cerebral de ratas sanas. En cada experimento de 24 horas, se centraron en biomoléculas específicas. En los dos conjuntos de datos examinados para Química analítica artículo, el equipo buscó ciertos lípidos, una clase de biomoléculas que ejecutan funciones críticas en el cuerpo, incluso en las membranas celulares.

Los espectrómetros de masas son escalas moleculares sofisticadas que utilizan un imán potente para identificar cada molécula de una sustancia por su masa única. Las moléculas deben recibir primero una carga positiva o negativa (ionizada) para que el imán pueda detectarlas. El equipo utilizó una técnica llamada ionización por desorción láser asistida por matriz (o MALDI), utilizado por primera vez en el 21-T para este proyecto con un instrumento especial enviado desde Maastricht a Tallahassee. Con esta configuración, fueron capaces de vaporizar metódicamente, ionizar y medir el ancho de un cabello de tejido a la vez, cada uno contiene miles de moléculas. De este modo, poco a poco, acumularon mediciones que un software especial convirtió en un mapa similar a una resonancia magnética de la distribución espacial de las moléculas.

"Funcionó de inmediato, ", dijo Smith sobre los experimentos." Fue una sorpresa muy agradable ".

El 21-T, adquirido por el National MagLab en 2014 con fondos de la División de Química de la National Science Foundation, demostró ser una escala increíblemente sensible. Smith notó que los científicos pudieron separar dos moléculas con una diferencia de peso molecular de aproximadamente tres electrones, aproximadamente .00179 daltons (la unidad de masa molecular) o solo una pequeña fracción del peso de una molécula de agua.

"Esta es la razón por la que venimos al MagLab, "Heeren dijo, "para ampliar los límites de las imágenes y ver detalles moleculares que de otro modo permanecerían ocultos".

El 21-T ha demostrado ser un instrumento notablemente versátil, dijo Chris Hendrickson, director de las instalaciones de ICR del laboratorio y coautor del artículo.

"Los experimentos que ha permitido abarcan desde la biología médica hasta los contaminantes ambientales emergentes, " él dijo.

Smith dijo que esta técnica podría convertirse en una herramienta poderosa para la investigación en salud. Actualmente, el 21-T se utiliza de forma rutinaria para examinar la composición molecular de, entre otros tipos de muestras, proteínas complejas. Los experimentos futuros de MALDI podrían revelar no solo qué moléculas están allí, pero precisamente en qué parte de una muestra de tejido se encuentra cada uno.

Los investigadores del cáncer podrían usar la técnica para examinar, a nivel molecular, exactamente dónde y cómo viaja un fármaco a través del tejido enfermo; otro científico podría estudiar cómo responde un organismo a la exposición a un contaminante. Los investigadores pueden incluso comparar ejemplos del mismo tipo de células entre sí para detectar sutiles diferencias moleculares.

En cuanto a Smith, él y su equipo tienen mucho trabajo por delante, con una gran cantidad de datos en espera de análisis.

"Básicamente probamos un poco de todo, "dijo Smith sobre los experimentos del año pasado.

Eso es dos conjuntos de datos, 26 para ir.

Además de Smith, Heeren y Hendrickson, Los colaboradores del artículo incluyeron a Andrew Bowman (primer autor) y Shane Ellis de la Universidad de Maastricht y al científico de National MagLab Greg Blakney. La instrumentación MALDI utilizada para los experimentos se puso a disposición con el apoyo de la provincia holandesa de Limburg.