Una entrevista con el Prof. David Alsteens, Université Catholique de Louvain realizada por April Cashin-Garbutt, MA (Cantab).
¿Puede dar una breve introducción a su investigación usando AFM para obtener imágenes de proteínas, receptores, virus y células individuales?
Estudiamos células de mamíferos y tratamos de comprender cómo interactúan estas células con su entorno. Nos centramos principalmente en las interacciones que pueden ocurrir con ligandos individuales.
Observamos cómo los ligandos individuales pueden interactuar con un receptor y desencadenar una señal intracelular, o interactuar con virus para ver cómo el virus se une a nuestras células, y luego tratar de internalizar y complacer a las células para desviar una carga genética.
Medición de interacciones de celdas con AFM de Red AZo en Vimeo.
¿Cómo se utilizan las curvas de fuerza-distancia basadas en AFM para investigar las propiedades biofísicas moleculares o celulares para cuantificar las interacciones a nivel de una sola molécula que impulsan los procesos biológicos?
La idea es funcionalizar la punta injertando algunas moléculas en el ápice de la punta AFM. Puede introducir un solo ligando o un solo virus en la punta. Luego pone esta punta en contacto con la superficie para medir la interacción entre los ligandos y los receptores de la superficie celular o la interacción entre un solo virus y la superficie de la célula huésped.
La dificultad con las celdas es que es obligatorio controlar su entorno: la temperatura, la humedad y cómo se mueven las celdas. Las condiciones siempre deben ser buenas para que las células permanezcan vivas y usted pueda probar la interacción y asegurarse de que las células se comporten como lo harían en un entorno fisiológico.
Otro problema es que las células son bastante blandas, por lo que es muy difícil porque solo quieres tocar la superficie, pero sin destruir las células, que son muy frágiles.
¿Cómo ha ampliado y cambiado el estudio de los procesos biológicos en el contexto celular nuestra comprensión de la biología de la superficie celular?
Recientemente, hemos podido probar la interacción única en las células, por lo que tenemos una mejor idea de cómo un solo ligando puede interactuar. en vivo. Nuestras mediciones se realizan en células aisladas; sin embargo, podemos asumir que un tipo similar de interacciones ocurre dentro del organismo durante los procesos biológicos fundamentales.
Como ejemplo, podemos ver, durante el primer instante de la interacción de un solo virus con una superficie celular, cuántos enlaces se establecen y cuál es la dinámica de estos enlaces.
Por primera vez, pudimos probar interacciones específicas directamente en células vivas. Esto nos proporciona detalles sobre el número de interacciones que se establecen durante el primer contacto entre un virus y una célula, por ejemplo. Nos dice la importancia del establecimiento de enlaces, su valencia, su afinidad… todos los factores necesarios para desencadenar un mecanismo de infección eficaz.
¿Cómo ha avanzado o ayudado directamente AFM a su investigación?
Desde mi doctorado, siempre he tratado de ampliar los límites de AFM con la idea de medir la interacción de una sola molécula en células vivas. Empecé esta técnica a la microbiología y ahora estoy estudiando células animales.
Gracias a nuestros desarrollos recientes, podemos abordar cuestiones biológicas clave a nivel celular y comprender cómo los ligandos individuales o los virus median la respuesta celular. Recientemente, el nuevo AFM basado en la curva fuerza-distancia ha permitido una medición más rápida y permite que la fuerza aplicada se controle con mayor precisión.
¿Cuál es el mayor impacto que AFM ha tenido en los campos de investigación de la biología y la nanomedicina?
Creo que con el desarrollo reciente, ahora podemos estudiar nuevos mecanismos que ocurren en las células vivas. Al comprender cómo un virus interactúa con las células, por ejemplo, veremos qué componentes celulares son cruciales durante los primeros pasos de la infección.
Luego, en un segundo paso, seremos capaces de desarrollar y orientar los eventos clave de esta primera interacción para abolir estas interacciones preliminares. Creo que muy pronto en el futuro podremos desarrollar algunos medicamentos que se dirijan a esta primera interacción.
¿Cómo ha ayudado o avanzado la tecnología de Bruker a la AFM en la investigación biológica?
Diría que este reciente desarrollo tecnológico nos ha permitido obtener imágenes de células vivas de mamíferos, lo que no era factible con los modos anteriores. Al mismo tiempo, nos permite medir eventos de unión específicos en las células, lo que significa que podemos correlacionar directamente la topografía con el sitio de unión y extraer la cinética y la termodinámica de la interacción, proporcionando así una imagen completa de la interacción que tiene lugar en células.
¿Qué sistema usas?
Actualmente, estamos trabajando en tres campos diferentes. Estamos trabajando en virología y estudiando la interacción entre un virus y las células. Estamos buscando receptores específicos y viendo cómo, por ejemplo, un GPCR interactúa con un solo ligando para activar una señal intracelular.
También estamos interesados en la organización de los lípidos en los glóbulos rojos u otras células y en observar si los lípidos están distribuidos de manera homogénea o heterogénea y si se ensamblan en nanodominios como balsas o son más estables en las células.
¿Cuál es la importancia de las reuniones, como la Conferencia AFM Biomed, para usted y la comunidad de investigación de AFM?
Creo que es bueno compartir los resultados de nuestra investigación y discutirlos con otras personas para impulsar ideas que no puede expandir en su propio laboratorio. Es una manera de conocer gente y mirar los nuevos desarrollos.
¿En qué dirección ve, o le gustaría ver, a AFM en los próximos cinco años? ¿Qué ves como la próxima gran cosa para AFM?
Creo que ahora es el momento de aplicar la tecnología desarrollada hasta ahora para abordar cuestiones biológicas inexploradas. Estudiar la mayor parte de los mecanismos biológicos relacionados con las interacciones superficiales no necesita desarrollar nuevos modos; ya podemos usar lo que está disponible actualmente para responder preguntas muy importantes, lo que ayudaría directamente en la selección o selección de fármacos y moléculas antiadhesivas.
Llevo dos años en mi instituto y discuto con mis colegas cuál es la parte más poderosa o importante de AFM y cómo puedo ayudarlos. Recientemente observé que muchos biólogos de diferentes campos comienzan a ver las capacidades únicas de AFM y cómo pueden usarlas para eludir los límites actuales en su investigación.
Recientemente trabajé con un colega en inmunología que tenía un receptor en células del que no estaba tan seguro en términos de cómo interactúa un ligando. Sabía que la señalización estaba mediada por estos receptores específicos, pero no estaba seguro de si este receptor interactuaba directamente con el ligando. Esta es la típica pregunta que podemos abordar con nuestra tecnología.
Para estudiarlo, injertamos el ligando en la punta del AFM y medimos la interacción. Pudimos medir una interacción específica y, más aún, esa interacción específica desencadenaba una señal intracelular y una respuesta celular.
Ya podemos aplicar esta tecnología a otros campos y ayudar a biólogos, por ejemplo, o médicos a responder grandes preguntas.
¿Cree que AFM tendrá aplicaciones clínicas en el futuro?
Creo que es bastante difícil implementar AFM dentro de un hospital porque es una técnica bastante desafiante. Desde el punto de vista de un científico, es bastante difícil utilizar la tecnología AFM actual. Un nuevo investigador en mi laboratorio tardará entre seis y nueve meses o incluso un año entero en comprender todos los parámetros de esta tecnología.
Sin embargo, creo que es una tecnología bastante útil porque hay muchos parámetros que puedes extraer. Puede visualizar la topografía; puede obtener información sobre una interacción específica; puede extraer nano propiedades mecánicas y rigidez modular.
La combinación de todos estos datos puede proporcionar una imagen completa de lo que ocurre en las células vivas y responder muchas preguntas. Sin embargo, capacitar a personas que nunca han usado la tecnología para usar estas herramientas es todo un desafío.
¿Dónde pueden los lectores encontrar más información?
- Para obtener más información sobre la investigación del Prof. Alsteens, visite:
- Para obtener más información sobre AFM BioMed:
- Para obtener más información sobre AFM de Bruker:
Acerca del Prof. David Alsteens
El Prof. Dr. David Alsteens es ahora jefe de un grupo de NanoBioFísica en la Université catholique de Louvain en Bélgica. David ha adquirido su MSc. y PhD en la misma Universidad en el campo de la nanobiotecnología con el Prof. Yves Dufrêne. Después de eso, David hizo un PostDoc en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas en ETH en Basilea, Suiza en el grupo del Prof. Daniel Muller.
La investigación de David se centra actualmente en la NanoBioFísica de la maquinaria de la superficie celular. Su equipo utiliza principalmente microscopía de fuerza atómica (AFM) para obtener imágenes de proteínas individuales, receptores, virus y células de alta resolución. Además, utiliza curvas de fuerza-distancia basadas en AFM para sondear las propiedades biofísicas moleculares o celulares para cuantificar las interacciones a nivel de una sola molécula que impulsan los procesos biológicos.
Acaba de recibir una subvención ERC Starting del Consejo Europeo de Investigación para estudiar el mecanismo de infección del virus utilizando AFM y microscopía confocal.
David es coautor de 60 publicaciones y 7 capítulos de libros.
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