Barbora Špačková, que está instalando un nuevo laboratorio de óptica de molécula única en Praga, habla con Laura Hiscott sobre cómo pasar de la física teórica a la experimental, cómo desarrollar una técnica para ver lo invisible y el placer de perfeccionar su tecnología para aplicaciones en el mundo real.
El 10 de abril de 2019, el físico Barbora Špačková Estaba mirando a través de un microscopio óptico en su laboratorio de la Universidad Tecnológica de Chalmers en Suecia cuando vio un segmento corto de ADN: un objeto biológico tan pequeño que se pensaba que era casi inimaginable que la microscopía convencional lo revelara. Recuerda la fecha exacta porque, en una poética coincidencia, fue el día en que se publicó la primera imagen de un agujero negro.
Mientras todos en el campus hablaban de la icónica imagen astronómica, Špačková estaba en el laboratorio presenciando su primer experimento exitoso en el camino hacia una nueva técnica de microscopía que hoy permite a otros científicos ver moléculas de solo un nanómetro de tamaño. “Ese fue un día perfecto”, recuerda. “La ciencia a menudo consiste en un 95% de fracasos, resolución de problemas y preguntas por qué los experimentos no salen según lo planeado. Así que tener ese momento de éxito fue hermoso”.
Pero su camino hasta ese momento no había sido lineal. Como estudiante universitario de física en la Universidad técnica checa En Praga, Špačková hizo una pausa de dos años en sus estudios, durante los cuales trabajó como diseñadora gráfica independiente. “Fue un período en el que no estaba exactamente seguro de qué hacer con mi vida. Pero una noche me desperté con la clara comprensión de que mi corazón estaba en la ciencia”, dice. “Al regresar a la universidad me sentí más decidido que nunca”.
Después de defender su tesis de maestría en ingeniería física, que se centró en la teoría y las simulaciones, Špačková se sintió atraída por el trabajo experimental, en particular las tecnologías con aplicaciones en las ciencias de la vida. Entonces comenzó un doctorado estudiando biosensores plasmónicos, que utilizan nanoestructuras metálicas para detectar moléculas biológicas. Estos sensores aprovechan la resonancia de plasmón superficial, en la que los electrones sobre una superficie metálica oscilan en respuesta a la luz. Cuando una molécula biológica se une a la superficie del sensor, provoca un cambio mensurable en la frecuencia de resonancia, señalando así la presencia de la molécula.
La tesis doctoral de Špačková sobre la detección de concentraciones extremadamente bajas de moléculas le valió el Premio a la Excelencia Werner von Siemens 2015. Uno de los conceptos en los que había trabajado la llevó a desarrollar un prototipo funcional de un sensor capaz de detectar biomarcadores del cáncer. "Me sentí muy feliz de haber cumplido mi sueño", dice Špačková, y agrega que "pasó del ámbito de la teoría a la experimentación práctica y finalmente construyó una caja con un botón funcional diseñado para servir a un bien mayor".
Un descubrimiento fortuito
Después de su doctorado, Špačková quiso ampliar su perspectiva trabajando en el extranjero. Afortunadamente, encontró un postdoctorado que coincidía con sus intereses en el grupo liderado por Christoph Langhammer en Chalmers entonces ella y su joven familia se mudaron allí.
El proyecto se centró nuevamente en la biodetección nanoplasmónica, pero en una configuración novedosa, combinándola con nanofluidos. Se trata de estudiar fluidos confinados en estructuras a nanoescala, una tecnología con la que Špačková no había trabajado antes. “Tenía un patio de juegos lleno de juguetes nuevos que nunca había visto en mi vida”, dice. “Fue emocionante. Aprendí mucho. Estaba experimentando una nueva parte del universo”.
Al principio de su proyecto, un colega le mostró un extraño efecto óptico que estaba viendo en sus dispositivos. Špačková decidió investigar y desarrolló una teoría sobre cómo las biomoléculas dentro de los nanofluidos interactúan con la luz. Para su sorpresa, sus cálculos sugirieron que debería ser posible ver incluso una biomolécula individual.
Estos objetos de tamaño nanométrico nunca se habían visto utilizando la microscopía óptica tradicional, pero los cálculos repetidos convencieron a Špačková de que estaba en lo cierto. Con el apoyo de su supervisor y la ayuda de otros miembros del equipo, equipó el laboratorio con los instrumentos necesarios para desarrollar la teoría.
El truco consistía en colocar una biomolécula dentro de un nanocanal en un chip. Aunque las biomoléculas dispersan muy poca luz para ser vistas directamente, la interferencia con la luz dispersada por el nanocanal crea un contraste mucho mayor. Al restar una imagen del canal vacío de una que tiene la biomolécula en su interior, la luz interferida resultante revela la presencia de la molécula.
Si bien otros métodos de microscopía óptica han permitido a los científicos ver moléculas individuales antes, generalmente implican etiquetar estos objetos con marcadores fluorescentes o fijarlos a una superficie, lo cual puede afectar sus propiedades y comportamientos. La ventaja única de la técnica de Špačková – denominada “microscopía de dispersión nanofluídica” (NSM) – es que revela moléculas individuales en su estado natural, moviéndose libremente en tiempo real.
mirando la vida
Cuando Špačková logró hacer funcionar el microscopio en 2019, no fue solo un logro tecnológico notable; También fue un paso emocionante hacia posibles aplicaciones. Su invento podría profundizar la comprensión de los biólogos sobre los procesos vivos, al mostrar cómo las biomoléculas se mueven e interactúan. También podría acelerar el desarrollo de fármacos, al iluminar cómo los candidatos a fármacos interactúan con los componentes celulares.
Al reconocer estas posibilidades, Špačková y sus colegas fundaron una nueva empresa llamada Tecnologías Envue, con el apoyo de la incubadora Chalmers Ventures, para desarrollar y comercializar instrumentos NSM. Aunque Špačková regresó a Chequia en 2022, después de recibir una subvención de la Fundación Checa para la Ciencia y una beca Marie-Curie, sigue siendo asesora científica de la empresa. "Esta es una experiencia muy emocionante para los académicos", dice. "Te pones en contacto con el mundo real y con los posibles usuarios finales de tu tecnología".
A principios de este año se anunció que Špačková creará una de las tres nuevas Centros Dioscuri de Excelencia Científica en la República Checa – una iniciativa de la Sociedad Max Planck para apoyar a científicos destacados en la creación de grupos de investigación.
En este programa, Špačková trabajará en colaboración con un grupo de investigación alemán que estudia el transporte molecular en las células. El objetivo final es desarrollar herramientas de imagen basadas en NSM para esta aplicación. "Nos gustaría mucho sumergirnos en este nanouniverso biológico y observarlo de una manera que antes no era posible", afirma Špačková.
También es la primera vez que Špačková será líder de equipo y está deseando aceptar el desafío de este nuevo puesto. Al reflexionar sobre su carrera hasta el momento, enfatiza que cada uno tiene un camino único y debe sintonizarse con lo que es adecuado para ellos. "Creo que existe un arte sutil a la hora de decidir si rendirse o seguir adelante", afirma. “Hay que tener mucho cuidado con la decisión. En mi caso, seguir el corazón funcionó”.
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/peering-inside-the-biological-nano-universe-barbora-spackova-on-unveiling-individual-molecules-moving-in-real-time/
