Los métodos de estudio de la célula

Los métodos de estudio de la célula, nos han permitido descubrir y observar tanto la composición como las estructuras de las unidades más pequeñas capaces de vivir por si mismas, las células. La Biología celular se inició gracias al desarrollo de una herramienta imprescindible como fue el microscopio óptico. Sin estas técnicas de estudio hubiera sido imposible su conocimiento. 

Vamos a conocer qué técnica se utilizan para la observación celular, para el estudio de su composición química, técnicas que nos permitan el fraccionamiento de su contenido y las técnicas para su cultivo. 

La célula, es el elemento más pequeño con vida, unidad que forma parte de la morfología y por lo tanto, de la funcionalidad de todo ser vivo.

Técnicas para la observación de la célula y de sus orángulos

Las primeras observaciones celulares se produjeron en la segunda mitad del siglo XVII. Cuando Hooke y Leeuwenhoel, realizaron las primeras observaciones a través del microscopio. Desde entonces los avances sobre el conocimiento tanto de la morfología celular como de la fisiología de éstas, se han basado en los precisos y específicos métodos de trabajo.

La mayoría de las células tienen un tamaño tan pequeño que son imperceptibles por el ojo humano, sólo con la ayuda de un microscopio podemos observar la mayor parte de las célula. La necesidad de ampliar la imagen que el ojo no puede ver, hizo desarrollar un elemento imprescindible como son los microscopios ópticos

Hoy en día siguen siendo un método de trabajo esencial aunque los avances tecnológicos, han permitido el desarrollo de nuevos medios de estudio como son: los microscopios electrónicos o los de barrido.

Microscopía óptica

Se produjo en 1590, cuando Janssen consiguió ampliar las imágenes, utilizando dos lentes, dando lugar al microscopio óptico compuesto.

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En los microscopios, una de las 2 lentes se coloca muy cerca del objetivo a estudiar, esta lente recibe el nombre de objetivo. Lo que se obtiene es una imagen invertida y aumentada

La segunda lente o lente ocular es la que se coloca a una distancia de tal forma que proporcione el aumento del tamaño de la imagen invertida, así se multiplicará el tamaño de la imagen obtenida con la primera lente u objetivo. 

Microscopio de Janssen

A finales del siglo XIX, se comienza a utilizar los colorantes, un hecho que proporcionó información sobre la composición y características internas de las células. El colorante sirve de contraste para que las estructuras celulares sean visibles. 

El microscopio óptico tenía sus límites y estos eran la resolución, es decir la distancia mínima en la que dos puntos pueden estar para que se les vea separados. El límite lo marca la longitud de onda de la luz con la que el objeto se ilumine.

Un microscopio óptico tiene una resolución máxima de 0,2 µm, 500 veces superior a la del ojo humano, por lo que proporcionaba aumento pero no resolución. Dos objetos que estén separados menos de la resolución máxima de 0,2 µm, se verán como un sólo objeto.

Para observar muestras de tejidos y células requieren que éstas se dejen atravesar por la luz, para conseguirlo habrá que realizar cortes finos.

Al microscopio óptico podemos ver:

  • Células tanto vivas como muertas, las células vivas pueden observarse sin manipulación previa, solo es necesario mantenerlas en el medio adecuado.
  • Para observar sus estructuras u orgánulos (transparentes), las muestras deberán ser coloreadas previamente con un colorante vital, éstos no dañarán la célula y permitirá ver la mayoría de sus estructuras. Los colorantes más habituales son el Azul de Metileno, Verde Jano o Rojo Neutro.
  • Cuando se trabaja con preparaciones permanentes, previamente las células se tratarán con un fijador, éste las inmovilizará y las matará para su estudio.

Microscopio Electrónico

El primer microscopio electrónico se construyó en 1931, en este caso no se utilizaban rayos de luz sino un haz de electrones, solucionando así el problema de la resolución, obteniéndose una resolución normal en los objetos biológicos de 2 nm, unas 100 veces mayor que el anterior microscopio óptico.

Es parecido al microscopio óptico que con unas dimensiones mayores. Formado por un tubo al vacío con un cátodo en la parte superior.

El cátodo emite electrones sobre el plano donde se encuentra la muestra, ayudado de un electroimán éstos atraviesan la muestra y por medio de dos electroimanes, que hacen las funciones de lentes, nos devuelve una imagen proyectada sobre una pantalla fluorescente o placa fotográfica, con más resolución y más grande de la muestra.

El microscopio electrónico nos mostrará zonas de color brillante, equivalentes a las partes transparentes y oscuras las que son opacas.

Las muestras previamente deberán ser manipuladas por medio de fijación, es decir, utilizando resinas duras para poder seccionar la célula o los tejidos, en partes ultrafinas por medio de micrótomos especiales, tinción u otros.

Microscopio de Barrido o Tridimensional

La imagen se forma por medio de los electrones que rebotan al entrar en contacto con la superficie de la muestra. La muestra deberá estar recubierta por una superficie metálica, normalmente se utiliza una fina capa de oro. Al contacto con la superficie metálica, los electrones rebotan proyectando una imagen tridimensional.

Técnicas para el estudio químico de la célula

Para el estudio químico de la célula, se empleará:

Técnica Citoquímica e Histoquímicas

Sabemos que tanto las células como los tejidos están constituidos por proteínas, carbohidratos además de otros elementos. Éstas sustancias son activas químicamente, por lo que se las puede hacer reaccionar con otros compuestos en determinadas condiciones. La reacción de éstas ante otros compuestos es en lo que se basa esta técnica.

Dependiendo del compuesto  o sustancia aplicada y la reacción de las sustancias químicas, se podrá determinar la actividad de una enzima o de los complejos enzimáticos celulares e hísticos.

El resultado de las reacciones se observarán mediante compuestos coloreados visibles al microscopio óptico, mientras que si van a ser observados por un microscopio electrónico, el producto de estas reacciones será de alta densidad.  Introduciendo sustancias como el tetraóxido de osmio, al reaccionar con los lípidos no saturados nos muestra un compuesto de color negro de alta densidad, visible al microscopio tanto óptico como electrónico.

Así también se podrá distinguir la presencia de orgánulos en la célula, poniéndolos en contacto con una serie de sustratos específicos que sufrirán una reacción al entrar en contacto con los componentes químicos de un orgánulo. Esta técnica nos ofrecerá una información muy valiosa sobre la química celular, su estructura y localización.

El cultivo celular

Muy importante para el campo de la biología experimental, tanto en Medicina, Veterinaria, etc. Gracias a los cultivos de células y tejidos, hemos podido conocer el proceso de la mitosis celular, los movimientos celulares o la respuestas de éstos ante sustancias diferentes, tóxicas, víricas, bacterias, etc.

Se puede estudiar los efectos tanto de adición como de eliminación al medio de cultivo de moléculas tales como las hormonas además de los factores que influyen en el crecimiento.

El cultivo de los tejidos han servido como base en la técnica de aislamiento de clones, cultivando una única célula y pudiendo sacar miles de réplicas de ella.

Se trata de una técnica muy útil en el campo de los estudios genéticos. Hoy en día se pueden generar piel en el laboratorio utilizando la técnica de cultivo de células, abriéndose un amplio horizonte de utilidades.

Técnicas de fraccionamiento del contenido celular

Es una técnica por la cual se aíslan y separan los orgánulos celulares con el fin de poder posteriormente, estudiarlos. Su metodología será la siguiente:

  • Se trata de un método de aislamiento y separación de los orgánulos celulares, con objeto de estudiarlos después independientemente. Por medio de tratamientos físicos o químicos que rompan las células, se realiza un homogeneizado del tejido que vamos a estudiar. Estos tratamientos pueden ser por choque osmótico o trituración.
  • Se deberá romper sólo la membrana plastmática, por lo que habrá que actuar con la mayor suavidad posible. Con los orgánulos intectos como pueden ser el núcleo, las mitocondrias, los lisosmas, los peroxisomas y el complejo de Golgi.
  • Se disuelve en una solución salina o de azúcar el homogeneizado, para a continuación mediante una máquina denominada ultracentrífica separar los diferentes componentes.
  • Una centrifugación primera a baja velocidad separará los orgánulos mas densos en el precipitado y los menos densos en el sobrenadante, orgánulos densos como el núcleo y menos densos como las mitocondrias y ribosomas.
  • El sobrenadante se decanta y se somete a un nuevo centrifugado, esta vez a mayor velocidad y así hasta obtener una serie de fracciones en distintos precipitados que contendrán diferentes orgánulos celulares.

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