Este artículo fue publicado originalmente en Todo es Ciencia, por Efraín Rincón.
REPORTAJE
~Por Efraín Rincón,
cofundador en Shots de Ciencia
e.rincon5446@gmail.com
Manu Forero es un científico y también un artesano. Él construye microscopios, herramientas que han permitido observar universos diminutos, todavía llenos de sorpresas y con mucho por descubrir. Hoy, la revolución de estos artefactos permite observar lo que antes era imposible, desarrollar nuevas tecnologías y estudiar la vida mucho más de cerca.
Te acuestas boca arriba a ver la noche. Las únicas luces son las estrellas, proyecciones de lo que alguna vez fue. Luego te preguntas qué hay allá arriba: ¿planetas? ¿sistemas solares? ¿galaxias? ¿extraterrestres? ¿de verdad? Sí. Cuán pequeño, insignificante y microscópico te ves si te comparas con el universo. Eres la nada. La nada de catorce mil millones de años.
Y ahora ¿qué tal si miramos al revés? Observemos lo que está aquí, en este planeta, pero que no vemos porque es igual de minúsculo que nosotros, si nos comparamos con lo de afuera. Es una parte del universo de la que hace falta hablar, para la que no necesitamos un ‘tele’ para verla, sino un ‘micro’, un microscopio. Se trata de otra ventana a la realidad, que también tiene muchas preguntas por resolver. Una ventana que hace tiempo decidió abrir Manu Forero, unM colombiano enamorado de esa partecita del universo.
“There is plenty of room at the bottom” —algo así como “hay mucho espacio en el fondo”—, dice Manu Forero citando a Richard Feynman, un premio Nobel de Física que se expresó así hace casi sesenta años. Las palabras de Forero son un guiño a la emoción que le despierta descubrir la vida microscópica, ese “universo de lo chiquito”, como él lo llama.
“El universo de lo chiquito”
Manu, como otros físicos, pertenece a un grupo pequeño. “A pequeñas escalas —micro y nano— hay un universo fascinante con cosas muy interesantes. En gran parte de ese universo trabaja la biofísica”. Va desde partículas subatómicas hasta células y microestrucutras. Por eso los microscopios se vuelven indispensables. “Entonces, un microscopio es una herramienta para poder entender e interactuar con ese mundo”, cuenta Forero, físico y matemático aplicado de la Universidad de Berkeley y doctor del Instituto Politécnico Federal de Zurich (Suiza).
Hoja de luz tomada por Nicolás Barbosa. Espada u hoja de luz (verde) en la celda.
Forero ha jugado con distintos tipos de microscopios, como los de fuerza atómica, los ópticos o los electrónicos. Que hablar de microscopios no sea tan común como hablar de telescopios no quiere decir que lo que se pueda ver a través de un micro no sea igual o más interesante. La gente cree que en ese mundo de lo pequeño no hay tantas cosas chéveres. Hoy, la tecnología nos permite ver átomos, moléculas, microorganismos, virus e incluso diseñar microaparatos y nanomateriales.
Pero para llegar a donde estamos ahora, el tiempo tuvo que hacer lo suyo. Hay que nombrar a Antoni van Leeuwenhoek, un comerciante de telas holandés que, en el siglo XVII, inventó el primer microscopio realmente poderoso, pues permitía ver lo que nadie había visto: bacterias, levaduras, glóbulos rojos, espermatozoides y varios protozoos en las gotas del agua. Y todo lo hizo para revisar con más detalle la calidad de los paños. El diseño de van Leeuwenhoek y las contribuciones de Robert Hooke —básicamente un telescopio en reversa— significaron los aportes iniciales del uso de la microscopía con fines científicos.
Manu Forero Shelton, que hace parte del Laboratorio de Biofísica de la Universidad de los Andes, continúa con la tradición de estos microbiólogos de antaño, pues también trabaja en la creación, construcción y perfeccionamiento de estos artefactos, solo que con nuevos lentes y computadores, y no precisamente para revisar si una tela es de muy buena calidad.
La artesanía
Cuando Manu volvió a Colombia en 2008 a la Universidad de los Andes, no encontró ninguno de los microscopios que necesitaba para su investigación. En vista de la incertidumbre de comprar o no una máquina que le sirviera, Forero vio un camino: construir uno. Por esa época conoció a un “posdoc” francés, Guillaume Gay, un físico óptico que estaba trabajando en la universidad con un tipo de microscopía muy particular: la de hoja de luz. “Y él fue el que me enseñó a hacer microscopios. Fue la primera persona a la que llegué y le hacía miles de preguntas”, dice Manu. Él viajó a los laboratorios de Gay en Francia, aprendió y logró fabricar un microscopio que, en esencia, era una copia del francés con algunos cambios. “Ese fue el primer microscopio que fabriqué y sigue ahí andando con el mismo diseño”, añade Manu.
Conversar con Forero es como hablar de física con un niño sentado en una oficina y rodeado de papeles y libros. Armar este tipo de microscopios al final termina representándole un juego: “esto es como hacer Legos elegantes, esa es una de las partes chéveres”, cuenta. Claro que, aunque sea un juego, construir microscopios es un proceso que toma tiempo y esfuerzo.
En general, el proceso de creación parte de una pregunta: ¿para qué necesito el microscopio? “En muchos casos se necesita uno que haga ciertas cosas muy específicas, entonces hay que diseñarlo alrededor del experimento”, responde Manu. Si es para ver neuronas o parásitos, hay que hacer cálculos, planos y más preguntas. Luego viene la etapa de conseguir las piezas. La fabricación implica tiempo, plata y paciencia. Mucha paciencia.
Imagen: Tomada de PIXNIO.
Así como un científico ha desarrollado la creatividad y habilidad para hacer sus experimentos, también le toca usar su cerebro para conseguir financiación y estirar el presupuesto, uno de los grandes dolores de cabeza para la ciencia en el país. Aunque Colombia ahora haga parte de la Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE), este año tampoco se logró llegar al anhelado y prometido 1% del PIB para inversión en ciencia, tecnología e innovación. Entonces los científicos criollos hacen malabares con el dinero: “Me toca convencer a una cantidad de gente de que sí vale la pena comprar esas partes”, admite Forero. Y así, con lista en mano y como haciendo mercado para la casa, Manu revisa un catálogo de cincuenta a sesenta piezas y busca la mejor opción.
Y cuando la plata es “prueba superada”, aparece otro reto: el tiempo. Después de elegir piezas y pedirlas, hay que esperar. Según Manu, “hay partes que llegan en uno, dos o tres meses, cuando uno está de buenas, pero hay otras que se pueden demorar seis, ocho meses o un año”. Hay piezas que pueden demorar tanto que, cuando llegan, ya no sirven porque cambió el proyecto. Por eso Manu, con la misma seguridad que debe tener para alinear y configurar sus microscopios, debe planear cómo vincular estudiantes en los experimentos que corren en su laboratorio. “Se trata de planear con muchísima anticipación. Inclusive, en muchos casos, antes de que exista el estudiante, haber pedido las partes para que cuando llegue el estudiante pueda trabajar”, comenta.
Manu sabe que quedarse cruzado de brazos no es una opción. De ahí que ser científico, por lo menos en Colombia, implique echar mano de lo que sea. En el caso de Manu, volverse un caníbal: “muchas veces canibalizamos partes de otros microscopios”, cuenta entre risas —obvio, no habría por qué comerse entre científicos—. Sin embargo, dejar a un microscopio “mocho” no es la mejor idea, así que trabajan de la mano con ingenieros mecánicos y de sistemas en la universidad, que les ayudan a crear ciertas piezas y softwares que no tienen, que necesitan inventarse o que no se puedan comprar.
La obra maestra: construir microscopios de hoja de luz
Para hablar de este microscopio, hay que pensar en Star Wars y los sables de colores. Espejos y lentes modifican un rayo láser hasta volverlo una espada de luz tan fina que puede atravesar un organismo vivo sin dañarlo. “Uno no tiene que cortarlos en pedacitos para estudiarlos, sino que se puede trabajar directamente con esos organismos vivos, y eso es algo fundamental que cambia la manera en la cual uno hace los experimentos”, aclara Manu. Este microscopio amplía las posibilidades de la investigación a pequeña escala, porque también permite hacer reconstrucciones de los organismos o las muestras en sus tres dimensiones.
Una de las piedras angulares de este tipo de microscopía es la fluorescencia. Se usa el mismo principio que cuando se iluminan billetes con luz ultravioleta para ver si son falsos o no. En ese caso los billetes tienen patrones que uno no vería normalmente, pero al ser iluminados con luz ultravioleta, aparecen ciertas marcas. Para que las muestras puedan ser observadas, se necesita cierto grado de transparencia y la presencia de fluorocromos, unos compuestos químicos fluorescentes pegados a moléculas más grandes, que marcan o colorean las estructuras que se quieran ver: “cuando uno le pone luz de cierta longitud de onda, de cierto color, vuelve y emite luz de otro color”, explica Manu.
Sobre una plancha de acero hay un circuito lleno de piezas, literalmente como un Lego, que se disponen de tal manera que le arman una ruta al láser. Espejos y lentes alteran la forma y la dirección del rayo hasta convertirlo en un ínfimo sable de luz. Antes de llegar a la muestra, que está en un capilar de agar —un micropedazo de una especie de gelatina—, esta hoja de luz sale del objetivo de iluminación y atraviesa la muestra. Es como una tajada óptica del organismo, que se obtiene en distintos planos de este. Así, la información es captada por un segundo objetivo, el de detección, colocado a noventa grados de la iluminación. El objetivo de detección recoge la luz resultante de la fluorescencia de la muestra y la información es tomada por una cámara.
Objetivos y celda por Manu Forero: celda (azul) que contiene la muestra en un capilar de agar. Se observan los objetivos de iluminación y detección. Este último reconoce la fluorescencia emitida por la muestra.
Pero nada de esto serviría si no hay nada para ver. “Yo no solo lo uso para las cosas que me interesan a mí, también en cosas que le interesan a mis colegas”, dice Manu para referirse a estudios de otras áreas, como biología o medicina. “El tipo de microscopio que he desarrollado tiene unas posibilidades que no tienen otros microscopios en el país”, sostiene Forero.
Por ejemplo, lo utilizan para saber más sobre el parásito Trypanosoma cruzi, el protozoo responsable de causar la enfermedad de Chagas. En el mundo hay ocho millones de personas que viven con este parásito y diez mil mueren al año a causa de esta enfermedad. Así, con ayuda del microscopio de hoja de luz y junto al Laboratorio de Ritmos Circadianos y el de Ciencias Básicas Médicas, de la Universidad de los Andes, lograron establecer al pez cebra, un organismo transparente, como un modelo de estudio para ver cómo se mueve el Trypanosoma cruzi en un organismo vivo. Mejor dicho, lograron verlo agarrado de las válvulas del corazón del pez, tal como lo hace en los seres humanos, y responder a más preguntas. El objetivo es que con toda esta información se puedan diseñar nuevas estrategias para combatir a este parásito, disminuir sus efectos o limitar lo que puede hacerle al cuerpo.
Cerebro del pez cebra en desarrollo. Por: Nathalie Agudelo. Vista dorsal del cerebro del pez cebra en desarrollo. Neuronas del pez cebra emitiendo fluorescencia.
¿Microscopios o telescopios? Al final son dos ventanas a universos increíbles, que terminan siendo uno solo. La curiosidad es como un combustible que ha estado inmerso en los acontecimientos científicos. Es esta misma la que ha permitido a científicos como Manu Forero hacer aportes con su investigación: “pasamos de copiar esencialmente, bajar precios y ver cómo lo podemos hacer en nuestro contexto a presentar nuevas cosas a la comunidad internacional. Ha sido muy gratificante ver que estamos empezando a contribuir al desarrollo de la microscopía”.