Investigadors de l'IBEC, amb seu al Parc Científic de Barcelona, i els seus col·laboradors del CMR[B] han desenvolupat una nova tècnica basada en la fotoactivació (activació per llum), que permet la manipulació genètica no invasiva in vivo per a l’activació i rastreig de cèl·lules en teixits profunds. L’estudi, publicat a la revista Light: Science & Applications, del grup editorial Nature, revela per primera vegada, que la il·luminació amb longituds d’ona més llargues implica una menor dispersió dels fotons que viatgen a través dels teixits.

La manipulació de l’expressió de proteïnes per fer un seguiment del comportament cel·lular és una potent eina en el camp de la biologia. Fins ara, l’expressió de proteïnes en cèl·lules seleccionades s’activava mitjançant 2 fotons, però el seu ús quedava limitat a cèl·lules properes a la superfície a causa de l’elevada dispersió dels fotons vermells utilitzats. No obstant això, per investigar els òrgans interns durant el desenvolupament és necessari, no solament mantenir la viabilitat de les cèl·lules marcades, sinó poder accedir a aquestes quan es troben emmascarades en teixits més complexos o profunds.

“Aquesta innovadora tècnica, basada en la fotoactivació de tres fotons de longitud d’ona més llarga, suposa una solució al problema de la dispersió i, a més, és capaç d’activar les proteïnes que es troben en les cèl·lules dels teixits més profunds sense interferir en l’esperança de vida de l’animal”, comenta Dobryna Zalvidea, responsable de l’estudi en l’Institut de Bioinginyeria de Catalunya (IBEC).

Els investigadors van marcar les cèl·lules musculars del cor d’embrions de peix zebra i van descobrir que la progènie d’aquestes cèl·lules en peixos adults estava marcada de manera permanent sense causar cap dany remarcable als teixits. Aquesta metodologia, també pot estendre’s a altres teixits i models animals, així com ser d’utilitada per activar, amb resolució espacial i temporal, l’expressió de diferents proteïnes per controlar el comportament a llarg termini de cèl·lules individuals o de grups cel·lulars in vivo.

El sistema proposat en aquest estudi basat en la fotoactivació utilitza un inductor inactiu encapsulat (Cre-loxP) que penetra a l’interior de tot l’organisme però que solament es torna funcional quan s’activa mitjançant la llum. Una vegada activat, l’inductor és capaç de modificar llocs determinats de l’ADN de les cèl·lules de les quals es vol conèixer el seu comportament. D’aquesta manera, es controla l’expressió de les proteïnes i es poden dirigir els canvis a tipus cel·lulars específics utilitzant únicament un estímul extern com a desencadenant. Però com es tracta d’una modificació genètica aquesta persisteix durant tota la vida de la cèl·lula i, a més, es transmet a tota la seva descendència.

Aquest estudi ha estat possible gràcies al MINECO, al Programa I3, al ISCII/FEDER, a AGAUR, a la Fundació la Marató de Tv3 i al Consell Europeu de Recerca (ERC).

• Article de referència

Isil Tekeli, Isabelle Aujard, Xavier Trepat, Ludovic Jullien, Angel Raya & Dobryna Zalvidea (2016) Long-term in vivo single-cell lineage tracing of Deep structures using three-photon activation. Light: Science & applications, 5, 1-7