Microscopía de Fuerza Atómica: de la imagenología a la manipulación molecular

Los sistemas biológicos solo pueden ser comprendidos cabalmente si se conoce su estructura. El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) es una de las herramientas más poderosas para determinar la topografía superficial de las biomoléculas nativas con una resolución subnanométrica.

A diferencia de la microscopía electrónica y de la cristalografía de rayos X, el AFM permite, en ciertas circunstancias experimentales, la imagenología de moléculas no solo bajo condiciones relativamente fisiológicas, sino además cuando los procesos biológicos están en acción.

Empleando una punta extremadamente delgada en el extremo de un cantilever que oficia de sonda, el AFM puede explorar la topografía superficial de una gran variedad de  especímenes biológicos.

En la figura acompañante se ilustra esquemáticamente, en la parte superior, coloreada en amarillo, gris y rojo, la estructura molecular de la punta del cantilever, con su extremo inferior rojo  (que contacta la muestra) y bajo esa punta se representa la muestra con la molécula -pentacene- estudiada sobre un fondo azul y verde. Más abajo, sobre fondo negro, se representa la estructura atómica que se logró como conclusión de este estudio. Y mas abajo aún, en tonos de gris, la imagen experimental, obtenida con el AFM.

La obtención de imágenes biológicas se ha enfrentado con algunas dificultades mayores debido a la escasa dureza  y gran dinámica de la mayoría de los materiales biológicos.

El progreso en nuestra comprensión de las interacciones entre la punta de la sonda del AFM y las muestras biológicas ha proporcionado resultados espectaculares en diferentes áreas biológicas. Numerosos ejemplos recientes ilustran las inmensas posibilidades que ofrece el AFM para la imagenología de células intactas, de membranas aisladas, los sistemas modelo de membranas y las moléculas aisladas trabajando.

En los últimos años, este microscopio ha ido ganando gran popularidad entre los biólogos debido al rápido perfeccionamiento de los equipos y las técnicas imagenológicas, y en gran medida por el importante desarrollo de nuevas aplicaciones no-imagenológicas, algunas de las cuales, por ejemplo,  permiten  explorar las propiedades elásticas, o químicas de las moléculas superficiales de la muestra estudiada.

Son relevantes las aplicaciones en las que la punta del AFM se usa como nano-herramienta para manipular biomoléculas y para determinar las fuerzas intra- e intermoleculares de moléculas individuales. Por ejemplo, nos da información sobre las propiedades de binding de los sistemas biológicos.