Expedición virtual al interior de la naturaleza

Mónica Ramírez-Vázquez, Daniel F. García-Toscano & Eliel Ruíz-May

La percepción que hemos adquirido de la naturaleza a través de libros de texto y en general con otras tecnologías disponibles como los microscopios ópticos convencionales o electrónicos, nos han limitado a pensar en dos dimensiones (2D), cuando se pretende entender diversos procesos biológicos en la naturaleza (Fig.1 a-b).

Es claro que los seres vivos somos organismos tridimensionales (3D), tanto las células animales como las vegetales son estructuras con volumen, así mismo lo son los tejidos y órganos formados por ellas mismas y cuya función esta asociada con sus anatomías espaciales. Una herramienta que ha evolucionado en las últimas dos décadas es la microtomografía computarizada (MicroCT), una técnica no destructiva que nos permite estudiar el interior de la naturaleza sin alterarla e interpretar a través de imágenes desde distintos ángulos los eventos biológicos de cada ser vivo en tres dimensiones (3D) (Fig.2 a-b).

Origen de la microtomografía computarizada

La microtomografía computarizada (MicroCT) tiene su origen bajo el mismo principio que la tomografía computarizada (TC). La TC es una técnica que permite realizar imágenes por rayos X (RX) a un paciente, quien debe permanecer inmóvil sobre una mesa. Las imágenes obtenidas detallan el interior del cuerpo desde diferentes ángulos para crear vistas tridimensionales de órganos y/o tejidos. La TC arribó en los años 70’s y desde entonces ha sido muy usada por médicos y odontólogos para el diagnóstico por medio de imágenes (Boerckel et. al. 2014). La TC permite ver detalles de estructuras del paciente hasta de 1mm, suficiente para el área clínica; sin embargo, para las ciencias de materiales y/o biológicas 1mm es poco. Es en los años 80’s cuando revoluciona esta técnica llegando los MicroCT, sistemas que facilitan visualizar especímenes más pequeños y detalles de alrededor de 0.001 mm (1 mm).

Los primeros MicroCT fueron construidos en 1983 por Feldkamp y colaboradores para el análisis de la microestructura del hueso (Feldkamp et al, 1989; Boerckel et. al. 2014). Pero fue hasta 1994 que se tuvo disponible el primer sistema de MicroCT comercial, convirtiéndose en una herramienta indispensable para la proyección de imágenes en estudios del hueso (Schambach et. al., 2010) (Fig.3 a-c). Actualmente, los MicroCT que se ofertan en el mercado pueden alcanzar resoluciones diversas dependiendo de cada fabricante (Bruker, Zeiss, entre otros). En el 2015, Investigadores del Instituto de Física de la UNAM construyeron un Microtomografo pensado en primera instancia para estudios relacionados a la Peleontología, sin descartar la posibilidad de realizar estudios en otras disciplinas.

¿Cómo funciona un MicroCT?

Un MicroCT emplea una fuente de rayos X (RX), cuyo haz incide sobre una muestra en rotación continua que va capturando imágenes por medio de un detector (Bruker, 2013) (Fig. 4), así se obtienen cientos de imágenes desde distintos ángulos (Fig.5a); todas las imágenes capturadas por el detector se guardan en la computadora para su posterior análisis y reconstrucción de una única imagen tridimensional (3D) para observar los detalles internos del ejemplar (Fig.5b).

La microtomografía computarizada es una técnica no destructiva, es decir, que no altera la estructura original de la muestra. A través de esta herramienta podemos revelar características microestructurales de un tejido desde distintos ángulos logrando disecciones virtuales sin la necesidad de complejas preparaciones o cortes histológicos (Alba-Tercedor & Hunter, 2014) (Fig.5b). Estos sistemas ofrecen programas computacionales para generar modelos a partir de la serie de imágenes (proyecciones 2D). Los algoritmos usados para el tratamiento de la imagen y del análisis de datos están abriendo nuevos caminos por explorar en diversas áreas de las Ciencias Naturales (Li et. al., 2011; Alba-Tercedor & Hunter, 2014) (Fig.5c).

¿Qué es una técnica NO destructiva/invasiva?

Una técnica no destructiva o invasiva es aquella que evita alterar o cortar la muestra. Para muchas técnicas en microscopía se requiere de tinciones, marcadores específicos o bien de la inclusión en parafina o resinas, sin olvidar los cortes histológicos o el recubrimiento metálico; todos estos procesos pueden alterar la arquitectura de la muestra o su utilidad para realizar estudios posteriores (Simonsen & Kitching, 2014).

Dentro de las técnicas no destructivas que permiten obtener imágenes 3D de las muestras en su estado original es la microscopía de barrido láser confocal, su única limitante es el grosor del material o corte histológico a estudiar, el cual no debe superar los 0.5 milímetros.

¿Para que sirve un MicroCT?

El MicroCT es un equipo muy versátil y las aplicaciones que puede ofrecer son varias, desde estudios óseos, en el área odontología, bioingeniería o paleontología. Ha sido también empleada para la detección de tumores, calcificaciones en órganos, el arreglo estructural de la madera, entre muchos otros estudios (Kherloplan et. al., 2008; Boerckel et. al., 2014).

Ventajas y desventajas del MicroCT

Sobre las ventajas podemos resaltar que es una técnica rápida, obteniendo resultados en un plazo de 2 hasta 12 hrs., es muy sensible y por lo tanto ofrece imágenes 3D de alta resolución. No importa el origen de las muestras, se pueden examinar tanto materiales como muestras biológicas. Explorar un ejemplar por MicroCT permite tener la información de la estructura interna de la muestra y al mismo tiempo estudiar características como porosidad, grosor, densidad, tamaño de partículas, ente otros. Respecto a las desventajas, debido al uso rayos X para la proyección de imágenes, se ha de evitar la sobreexposición de la radiación dado que podría dañar la muestra y en consecuencia alterar los resultados.

Conclusión

Hacer uso de este instrumento y complementarlo con otras técnicas de microscopía y moleculares facilitará el estudio de la naturaleza y ayudaría a comprender mejor lo que ocurre durante los procesos biológicos en todos los seres vivos que nos rodean.

Agradecimientos

Los autores agradecen al Proyecto FORDECyT “Generación de estrategias científico-tecnológicas con un enfoque multidisciplinario e interinstitucional para afrontar la amenaza que representan los complejos ambrosiales en los sectores agrícola y forestal de México” y a su responsable técnico Dra. Diana Sánchez-Rangel (Cátedra CONACyT), por la compra del MicroCT (Bruker, SkyScan 1174v2) y por el apoyo económico al Investigador Asociado DFGT. A la Ing. Olinda Velázquez y Est. Elizabeth Landa por su valiosa ayuda en la preparación de muestras. A V. Ramírez y T. Muñoz por sus valiosos comentarios.

Referencias Bibliográficas

  • Alba-Tercedor J., & Hunter W.B. (2014). From the sample preparation to the volume rendering images of small animals: A step by step example of a procedure to carry out the micro-CT study of the leafhopper insect Homalodisca vitripennis (Hemiptera: Cicadellidae). In Proceeedings: Bruker Micro-CT Users Meeting 2014. p 260-288. Ed. BrukermicroCT. Kontich, Belgium (ISBN: 9789081678100, ISSN: 2033-8031).
  • Boerckel J.D., Mason D.E., McDermott A.M. & Alsberg E. (2014). Microcomputed tomography: approaches and applications in bioengineering. Stem Cell Research & Therapy. 5:144.
  • Bruker MicroCT (2013). Compact X-ray micro-CT SkyScan 1174v2 User Manual. Kartuizersweg, Belgium. 50pp.
  • Kherlopian A.R., Song T., Duan Q., Neimark M.A., Po M.J., Gohagan J.K. & Laine A.F. (2008). A review of imaging techniques for systems biology. BMC Systems Biology 2:74 doi:10.1186/1752-0509-2-74.
  • Feldkamp L.A., Goldstein S.A., Parfitt A.M., Jesion G. & Kleerekoper M. (1989). The direct examination of three-dimensional bone architecture in vitro by computed tomography. J Bone Miner Res. 4:3–11.
  • Li D., Zhang K., Zhu P., Wu Z. & Zhou H. (2011). 3D configuration of mandibles and controlling muscles in rove beetles based on micro-CT technique. Anal Bioanal Chem. 401:817–825.
  • Simonsen T.J. & Kitching I.J. (2014). Virtual dissections through micro-CT scanning: a method for non-destructive genitalia ‘dissections’ of valuable Lepidoptera material. Systematic Entomology. 39:606-618.
  • Schambach S.J., Bag S., Schilling L., Groden C., Brockmann M.A. (2010). Application of micro-CT in small animal Imaging. Methods 50:2–13.

 

Figuras

Figura complemento: Visualización (3D) de los componentes de una semilla de papaya Crédito: Mónica Ramírez

Fig 1: Cianobacteria (Scytonema cf. guyanense). a) Filamento observado en un microscopio óptico convencional (campo claro); b) Corte transversal de una célula del tricoma (cianobacteria) visto por Microscopía Electrónica de Transmisión. Crédito: Mónica Ramírez

Fig 2: Modelo tridimensional por microtomografía computarizada. a) hoja de la planta del café (Coffea arabia var. Bourbon Amarillo); b) Corte transversal de un jitomate. Crédito: Mónica Ramírez

Fig 3: Cortes virtuales desde distintos ángulos de un hueso de pollo. a) frontal; b) transversal; c) sagital. Crédito: Mónica Ramírez

Fig 4: Funcionamiento de un microtomógrafo computarizado (MicroCT). Crédito: Mónica Ramírez

Fig 5: a) Procedimiento de la captura de múltiples imágenes (proyección de sombras en 2D) de un diente; b) reconstrucción 3D y vista interna de un escarabajo; c) modelo 3D de una semilla de papaya Crédito: Mónica Ramírez

Fig 6: (slider) Microtomografía de Xyleborus affinis. Crédito: Mónica Ramírez

23 May 2024 09:38
Humedales urbanos en Veracruz-Boca del Río

Humedales urbanos en Veracruz-Boca del Río

Patricia Moreno-Casasola

Red de Ecología Funcional

La conurbación incluye humedales urbanos que proporcionan grandes beneficios. Un buen manejo y participación [ ... ]

Leer más...
22 May 2024 10:49
¿Un bloqueador solar para los virus?

¿Un bloqueador solar para los virus?

Daniel T. Ramírez Sánchez, Nicolaza Pariona Mendoza, Juan S. Gómez Díaz y Trevor Williams

El mundo de los virus es impresionante. Se estima que existen 10'000'000'000'000'000'000'000'000'000'000 [ ... ]

Leer más...
21 May 2024 08:56
La geografía, vital para la investigación

La geografía, vital para la investigación

Nimitz Y. Vázquez -Rubio y Karla L. Tapia-Fierro

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

La Geografía estudia las interrelaciones entre el ser [ ... ]

Leer más...
20 May 2024 08:58
Día mundial de las abejas 2024

Día mundial de las abejas 2024

Comité Académico “Celebrando a Nuestro Polinizadores (CNP – 2024) - Jardines, Ciudades y Polinizadores”

Instituto de Ecología, A.C. Centro Regional del Bajío [ ... ]

Leer más...
16 May 2024 10:13
Reguladores y recursos del manglar: su desbalance y degradación

Reguladores y recursos del manglar: su desbalance y degradación

Ángel Francisco Zaragoza Méndez, Ana Laura Lara Domínguez, Moisés Rivera Rodríguez, Rosela Pérez Ceballos, Jorge López-Portillo

Existen [ ... ]

Leer más...
15 May 2024 08:45
Polímeros biodegradables para cultivos sostenibles

Polímeros biodegradables para cultivos sostenibles

Elvis Marian Cortazar Murillo1, Felipe Barrera Méndez2 y Jesús Alejandro Zamora Briseño2

La agricultura intensiva y el uso excesivo de agroquímicos [ ... ]

Leer más...
14 May 2024 09:44
¿El cambio climático nos está trayendo más enfermedades?

¿El cambio climático nos está trayendo más enfermedades? 

Andrés M. López-Pérez1, Hugo Mendoza2,3, Mónica Izquierdo-Suzán3 y Daniel Mendizábal4 

En los últimos años se han presentado muchos [ ... ]

Leer más...
08 May 2024 08:55
La mixotrofia. Una forma de alimentarse más allá del reino animal y vegetal

La mixotrofia. Una forma de alimentarse más allá del reino animal y vegetal

Tobías Portillo Bodadilla1 y Bertha Pérez Hernández2

Los organismos mixótrofos son aquellos que pueden producir su propio [ ... ]

Leer más...
07 May 2024 10:43
Un recorrido entre los aromas naturales de los macrohongos silvestres

Un recorrido entre los aromas naturales de los macrohongos silvestres 

Roberto Gamboa-Becerra, Leticia Montoya, Antero Ramos y Víctor M. Bandala

Red Biodiversidad y Sistemática

En el mundo de los [ ... ]

Leer más...
30 Abr 2024 08:51
Mariposas Búho

Mariposas Búho

Juan Marín Vázquez 1 y Janet Nolasco Soto 2

Las alas de las mariposas búho presentan círculos negros rodeados por un aro amarillo cuya forma recuerda a los ojos de un búho. Esta peculiaridad [ ... ]

Leer más...
29 Abr 2024 09:02
Ajustando el reloj biológico

Ajustando el reloj biológico

Gilda P. Zhumi Deleg*, Eva López Tello** y Salvador Mandujano**

Los mamíferos mantienen comportamientos variados según su alimentación y/o estrategia de supervivencia, [ ... ]

Leer más...
26 Abr 2024 08:54
El nitroplasto: una revolución en la evolución

El nitroplasto: una revolución en la evolución

Frédérique Reverchon

Red de Diversidad Biológica del Occidente Mexicano

Hace algunos días ocurrió una pequeña revolución en el mundo científico. Un [ ... ]

Leer más...
26 Abr 2024 08:48
Historia de los juegos de mesa desde una perspectiva científica

Historia de los juegos de mesa desde una perspectiva científica

Guillermo López Escalera Argueta

Oficina de comunicación

Desde tiempos inmemoriales, los seres humanos han buscado maneras de divertirse [ ... ]

Leer más...
24 Abr 2024 09:13
Moscas de las flores: polinizando en segundo plano

Moscas de las flores: polinizando en segundo plano

Ío Natalí Araujo-Peña y Vicente Hernández-Ortiz

Red de Interacciones Multitróficas

La polinización es un proceso fundamental en el ciclo de [ ... ]

Leer más...
24 Abr 2024 09:05
Alas nocturnas: la importancia de los murciélagos como polinizadores

Alas nocturnas: la importancia de los murciélagos como polinizadores

Kevin González Gutiérrez y Wesley Dáttilo

Red de Ecoetología

Las angiospermas, plantas con flores, dependen de sistemas reproductivos [ ... ]

Leer más...
19 Abr 2024 08:53
Hongo del maguey: alimento que se produce entre pencas de agave

El hongo del maguey (Pleurotus agaves): alimento que se produce entre pencas de agave

Alejandra Valdez-Betanzos1, Rosalva Mora-Escobedo1 y Gerardo Mata2

El hongo del maguey (Pleurotus agaves) es una [ ... ]

Leer más...
18 Abr 2024 10:16
Las 10 moléculas más tóxicas de la historia

Explorando el lado oscuro de la química: Las 10 moléculas más tóxicas de la historia

Marco Fernando Valtierra Galván, Israel Bonilla Landa, José Luis Olivares Romero

Red de Estudios Moleculares [ ... ]

Leer más...
17 Abr 2024 09:11
El tlacomiztli o medio gato

El tlacomiztli o medio gato

Alberto González Romero

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

El presente trabajo habla sobre uno de los mamíferos más comunes y menos conocidos de México, [ ... ]

Leer más...
16 Abr 2024 10:25
Inteligencia Artificial en nuestra vida cotidiana

Inteligencia Artificial en nuestra vida cotidiana

Tushar Janardan Pawar, Karla Irazu Ventura-Hernandez, Jose Luis Olivares-Romero*

La inteligencia artificial ya está transformando nuestra vida cotidiana, [ ... ]

Leer más...
12 Abr 2024 07:40
El beneficio de los datos abiertos de biodiversidad

El beneficio de los datos abiertos de biodiversidad

Sergio A. Cabrera Cruz

USPAE

Los datos abiertos en plataformas digitales permiten complementar listados de especies.

Leer más...
11 Abr 2024 07:51
Importancia del monitoreo de la fauna en Reservas de la Biosfera: el caso de La Michilía, Durango

Importancia del monitoreo de la fauna en Reservas de la Biosfera: el caso de La Michilía, Durango

Sonia Gallina

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

Llevar a cabo un monitoreo de la fauna, [ ... ]

Leer más...
10 Abr 2024 08:10
Dípteros parásitos de vertebrados

Dípteros parásitos de vertebrados

Sergio Ibáñez-Bernal y María Teresa Suárez-Landa

Red Ambiente y Sustentabilidad

El parasitismo es una relación alimentaria entre dos especies diferentes, en [ ... ]

Leer más...
09 Abr 2024 08:57
Los sistemas acuáticos y las cianobacterias

Los sistemas acuáticos y las cianobacterias

Gabriela Vázquez1 y Mario E. Favila2

La eutrofización de los sistemas acuáticos como los lagos, favorece el crecimiento excesivo de las algas como las [ ... ]

Leer más...
05 Abr 2024 09:15
Hormesis en frutos: una técnica utilizada para alargar la vida postcosecha

Hormesis en frutos: una técnica utilizada para alargar la vida postcosecha

Esaú Bojórquez-Velázquez, Mirna V. Bautista-Valle, José M. Elizalde-Contreras, Eliel Ruiz-May 

El término Hormesis proviene [ ... ]

Leer más...
04 Abr 2024 06:59
La fuente de la juventud oculta en las mitocondrias

La fuente de la juventud oculta en las mitocondrias

Andrea Farias Escalera

Se dice que lo único seguro es la muerte y para llegar a ella, atravesaremos diferentes etapas de envejecimiento que ya sea [ ... ]

Leer más...
02 Abr 2024 06:58
Conservando y restaurando funciones: la utilidad de las redes ecológicas

Conservando y restaurando funciones: la utilidad de las redes ecológicas

Cecilia Díaz-Castelazo, Edwin R. Ariza-Marín y Betsabé Ruiz Guerra

Red de Interacciones Multitróficas

Cuando pensamos en [ ... ]

Leer más...
22 Mar 2024 08:35
Lagunas en las dunas de la Ciudad de Veracruz

Lagunas en las dunas de la Ciudad de Veracruz

Debora Lithgow1, Juan José Von Thaden2, Gilberto Sven Binnquist Cervantes2

Las dunas de la Ciudad de Veracruz tienen cuerpos de agua, lagunas interdunarias, [ ... ]

Leer más...
21 Mar 2024 08:45
Colisión de aves con ventanas: un problema creciente y medidas de prevención

Colisión de aves con ventanas: un problema creciente y medidas de prevención

Fernando González García

Red Biología y Conservación de Vertebrados

Por si fuera poco, y aunado a la destrucción [ ... ]

Leer más...
20 Mar 2024 07:51
Hoja de piedra o Raíz de piedra

Hoja de piedra o Raíz de piedra

José de Jesús Pale Pale* e Israel Acosta Rosado**

Las plantasdel géneroAnthurium pertenecen a la familia Araceae,llamadas comúnmente anturios, han sido útiles para [ ... ]

Leer más...
19 Mar 2024 09:28
Brazo fuerte: el caballero de chaleco elegante

Brazo fuerte: el caballero de chaleco elegante 

Sugey de Jesús Dector Cobos, Alberto González Romero y Sergio Albino Miranda

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

El estudio del medio [ ... ]

Leer más...
15 Mar 2024 09:22
De pequeños brincos a grandes saltos ¿Larvitas de moscas en fuga?

De pequeños brincos a grandes saltos ¿Larvitas de moscas en fuga?

Andrea Birke

Red de Manejo Biorracional de Plagas y Vectores

Los insectos son el grupo más biodiverso del planeta con cerca de 3.5 [ ... ]

Leer más...
13 Mar 2024 07:27
Galería virtual de los paisajes de Veracruz

Galería virtual de los paisajes de Veracruz

Elio Lagunes-Díaz, Griselda Benítez Badillo, Miguel Equihua Zamora, Luz Sánchez Landero

Se presenta una galería de realidad virtual de los ecosistemas [ ... ]

Leer más...
12 Mar 2024 07:26
Insectos en mar abierto

Insectos en mar abierto

Daniel Reynoso-Velasco y Rodolfo Novelo-Gutiérrez

Red de Biodiversidad y Sistemática

A pesar de que los insectos son el grupo más exitoso del planeta y están presentes en [ ... ]

Leer más...
11 Mar 2024 09:35
De bobos, actinos, islas y tesoros ocultos

De bobos, actinos, islas y tesoros ocultos

Noemi Matías1, Teresa González2, Juan E. Martínez1, Oscar Téllez2 y Salvador Rodríguez2 

Isla Clarión, en el Archipiélago de Revillagigedo, alberga [ ... ]

Leer más...
07 Mar 2024 09:11
Caballitos del diablo joya: los Calopterygidae

Caballitos del diablo joya: los Calopterygidae

José Antonio Gómez Anaya y Rodolfo Novelo Gutiérrez

Red de Biodiversidad y Sistemática

Los caballitos del diablo joya, miembros de la familia Calopterygidae, [ ... ]

Leer más...
06 Mar 2024 08:01
Superhéroes ocultos en las plantas

Superhéroes ocultos en las plantas

Yely Gabriela Rodríguez Mina1, Frédérique Reverchon2, José Antonio Guerrero Analco3

Los hongos que viven al interior de las plantas pueden ocasionar, de manera [ ... ]

Leer más...
05 Mar 2024 09:43
Tillandsia ionantha, una especie mexicana, no brasileña

Tillandsia ionantha, una especie mexicana, no brasileña

Juan José Ancona, Juan Pablo Pinzón, Patricia Hernández-Ledesma, Samuel Cruz-Esteban

Tillandsia ionantha fue descrita hace 169 años; desde [ ... ]

Leer más...
04 Mar 2024 07:56
Búhos en la ciudad: aliados imprescindibles para la sociedad

Búhos en la ciudad: aliados imprescindibles para la sociedad

Miguel San Martín y Rafael Villegas Patraca

USPAE

Aunque no lo parezca, los búhos cumplen un papel importante en el control de plagas [ ... ]

Leer más...
04 Mar 2024 07:52
¡Hay que florecer donde fuimos plantados!

¡Hay que florecer donde fuimos plantados!

Karina M. Grajales Tam

Camino rumbo a la escuela, con la cabeza agachada, buscando monedas, billetes o algún tesoro perdido, pero solo encuentro restos de [ ... ]

Leer más...
28 Feb 2024 06:33
Desparasita a tu perro y cuida tú salud

Desparasita a tu perro y cuida tú salud

Karla L. Tapia-Fierro y Andrés M. López

Red de Biología y Conservación de Vertebrados

Desparasita a tu perro continuamente para cuidar su salud y la de [ ... ]

Leer más...
Artículos anteriores