Las imágenes de bioluminiscencia (BLI) es una tecnología desarrollada durante la última década que permite el estudio no invasivo de los procesos biológicos en curso . Recientemente, la tomografía de bioluminiscencia (BLT) se ha hecho posible y varios sistemas están disponibles comercialmente. En 2011, PerkinElmer adquirió una de las líneas más populares de sistemas de imágenes ópticas con bioluminiscencia de Caliper Life Sciences. [1]
Fondo
La bioluminiscencia es el proceso de emisión de luz en organismos vivos . Las imágenes de bioluminiscencia utilizan la emisión de luz nativa de uno de varios organismos que se bioluminiscen. Las tres fuentes principales son la luciérnaga norteamericana , el pensamiento marino (y organismos marinos relacionados) y bacterias como Photorhabdus luminescens y Vibrio fischeri . El ADN que codifica la proteína luminiscente se incorpora al animal de laboratorio a través de un vector viral o mediante la creación de un animal transgénico . Los modelos de roedores de propagación del cáncer se pueden estudiar mediante imágenes de bioluminiscencia, por ejemplo, modelos de ratón de metástasis de cáncer de mama .
Los sistemas derivados de los tres grupos anteriores difieren en aspectos clave:
- La luciferasa de luciérnaga requiere que se inyecte D-luciferina en el sujeto antes de la obtención de imágenes. La longitud de onda de emisión máxima es de aproximadamente 560 nm. Debido a la atenuación de la luz azul-verde en los tejidos, el desplazamiento al rojo (en comparación con los otros sistemas) de esta emisión hace que la detección de luciferasa de luciérnaga sea mucho más sensible in vivo.
- La luciferasa de Renilla (del pensamiento marino ) requiere que se inyecte también su sustrato, la coelenterazina. A diferencia de la luciferina, la coelenterazina tiene una menor biodisponibilidad (probablemente debido a que MDR1 la transporta fuera de las células de mamíferos). Además, la longitud de onda máxima de emisión es de unos 480 nm.
- La luciferasa bacteriana tiene la ventaja de que el operón lux utilizado para expresarlo también codifica las enzimas necesarias para la biosíntesis del sustrato. Aunque originalmente se creía que era funcional solo en organismos procariotas , donde se usa ampliamente para desarrollar patógenos bioluminiscentes, se ha diseñado genéticamente para que funcione también en sistemas de expresión de mamíferos. [2] [3] Esta reacción de luciferasa tiene una longitud de onda máxima de aproximadamente 490 nm.
Si bien la cantidad total de luz emitida por la bioluminiscencia es típicamente pequeña y no es detectada por el ojo humano, una cámara CCD ultrasensible puede obtener imágenes de bioluminiscencia desde un punto de vista externo.
Aplicaciones
Las aplicaciones comunes de BLI incluyen estudios in vivo de infección [4] (con patógenos bioluminiscentes), progresión del cáncer (usando una línea celular de cáncer bioluminiscente) y cinética de reconstitución (usando células madre bioluminiscentes ). [5]
Los investigadores de UT Southwestern Medical Center han demostrado que las imágenes de bioluminiscencia se pueden usar para determinar la efectividad de los medicamentos contra el cáncer que obstruyen el suministro de sangre de un tumor. La técnica requiere que se agregue luciferina al torrente sanguíneo, que la lleva a las células de todo el cuerpo. Cuando la luciferina llega a las células que han sido alteradas para portar el gen de la luciérnaga, esas células emiten luz. [6]
El problema inverso de BLT de la reconstrucción en 3D de la distribución de moléculas bioluminiscentes a partir de datos medidos en la superficie del animal está intrínsecamente mal planteado. El primer estudio en animales pequeños con BLT fue realizado por investigadores de la Universidad del Sur de California , Los Ángeles , EE. UU. En 2005. Después de este desarrollo, muchos grupos de investigación en EE. UU. Y China han construido sistemas que permiten BLT.
A las plantas de mostaza se les ha agregado el gen que hace que las colas de las luciérnagas brillen para que brillen cuando se tocan. El efecto dura una hora, pero se necesita una cámara ultrasensible para ver el brillo. [7]
Autoluminógrafo
Un autoluminógrafo es una fotografía producida colocando un objeto emisor de luz directamente sobre un trozo de película . Un ejemplo famoso es un autoluminógrafo publicado en la revista Science en 1986 [8] de una planta de tabaco transgénica brillante que lleva el gen de luciferasa de luciérnagas colocada en una película Kodak Ektachrome 200.
Imágenes de bioluminiscencia metabólica inducida
Las imágenes de bioluminiscencia metabólica inducida (imBI) se utilizan para obtener una instantánea metabólica de los tejidos biológicos. [9] Los metabolitos que pueden cuantificarse mediante imBI incluyen glucosa, lactato, piruvato, ATP, glucosa-6-fosfato o D2-hidroxigluturato. [10] La imBI se puede utilizar para determinar la concentración de lactato de los tumores o para medir el metabolismo del cerebro. [10] [9]
Referencias
- ^ "PerkinElmer para adquirir Caliper Life Sciences por $ 600 millones en efectivo | Aspectos destacados de GEN News | GEN" . GEN . Consultado el 10 de junio de 2016 .
- ^ Cerca, Dan M .; Patterson, Stacey S .; Ripp, Steven; Baek, Seung J .; Sanseverino, John; Sayler, Gary S. (2010). Pan, Xiaoping (ed.). "Expresión bioluminiscente autónoma del casete del gen de luciferasa bacteriana (lux) en una línea celular de mamífero" . PLOS ONE . 5 (8): e12441. Código Bibliográfico : 2010PLoSO ... 512441C . doi : 10.1371 / journal.pone.0012441 . PMC 2929204 . PMID 20805991 .
- ^ Cerca, Dan M .; Hahn, Ruth E .; Patterson, Stacey S .; Baek, Seung J .; Ripp, Steven A .; Sayler, Gary S. (2011). "Comparación de luciferasa bacteriana optimizada para humanos, luciferasa de luciérnaga y proteína fluorescente verde para la obtención de imágenes continuas de cultivos celulares y modelos animales" . Revista de Óptica Biomédica . 16 (4): 047003–047003–10. Código bibliográfico : 2011JBO .... 16d7003C . doi : 10.1117 / 1.3564910 . PMC 3094131 . PMID 21529093 .
- ^ Xiong, Yan Q .; Willard, Julie; Kadurugamuwa, Jagath L .; Yu, Jun; Francis, Kevin P .; Bayer, Arnold S. (2004). "Imágenes bioluminiscentes in vivo en tiempo real para evaluar la eficacia de los antibióticos en un modelo de endocarditis por Staphylococcus aureus de rata" . Agentes antimicrobianos y quimioterapia . 49 (1): 380–7. doi : 10.1128 / AAC.49.1.380-387.2005 . PMC 538900 . PMID 15616318 .
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Otras lecturas
- Hutchens, Martha; Luker, Gary D. (2007). "Aplicaciones de las imágenes de bioluminiscencia al estudio de enfermedades infecciosas" (PDF) . Microbiología celular . 9 (10): 2315-22. doi : 10.1111 / j.1462-5822.2007.00995.x . hdl : 2027,42 / 73608 . PMID 17587328 .
- Chaudhari, Abhijit J; Darvas, Felix; Bading, James R; Fosos, Rex A; Conti, Peter S; Smith, Desmond J; Cherry, Simon R; Leahy, Richard M (2005). "Tomografía óptica de bioluminiscencia hiperespectral y multiespectral para imágenes de pequeños animales". Física en Medicina y Biología . 50 (23): 5421–41. Código Bibliográfico : 2005PMB .... 50.5421C . doi : 10.1088 / 0031-9155 / 50/23/001 . PMID 16306643 .
- Wang, Ge; Li, Yi; Jiang, Ming (2004). "Teoremas de unicidad en tomografía de bioluminiscencia" (PDF) . Física Médica . 31 (8): 2289–99. Código Bibliográfico : 2004MedPh..31.2289W . doi : 10.1118 / 1.1766420 . hdl : 10211,3 / 198368 . PMID 15377096 .