Un microscopio modular de fluorescencia multicolor para el seguimiento simultáneo de la actividad celular y el comportamiento

Observando a los animales diminutos en acción

¿Cómo trabajan juntos los músculos y las células cerebrales mientras un animal explora su entorno? Para criaturas de solo unos pocos milímetros, esta pregunta ha sido difícil de resolver, porque acercarse lo suficiente para ver las células suele implicar renunciar a una vista amplia del comportamiento. Este artículo presenta un microscopio simple y asequible que permite a científicos y estudiantes observar simultáneamente la actividad celular y el movimiento de todo el cuerpo en animales pequeños.

Una herramienta sencilla construida con piezas comerciales

Los autores describen un nuevo microscopio de seguimiento por fluorescencia que se monta íntegramente con componentes comerciales estándar en unas tres horas. En lugar de mover al animal bajo una lente fija, todo el microscopio se desplaza sobre un escenario motorizado mientras el recinto del animal permanece inmóvil. Este diseño reduce las vibraciones y facilita añadir extras como control de temperatura o fuentes de luz para estimulación. Cambiando unas pocas piezas ópticas, el mismo sistema puede alternar entre modos de campo brillante, fluorescencia de un solo color y fluorescencia de doble color, y puede hacer zoom desde animales completos hasta neuronas individuales.

Software que sigue al animal de forma automática

Para controlar el hardware, el equipo desarrolló un programa multiplataforma llamado GlowTracker. Este software lee las imágenes de la cámara, mueve el escenario para mantener al animal en el encuadre y realiza un seguimiento básico en tiempo real. Puede medir automáticamente el tamaño de píxel y la orientación de la cámara, alinear diferentes canales de color y ejecutar rutinas sencillas mediante guiones. Las pruebas mostraron que el sistema puede seguir animales sobre placas grandes durante decenas de minutos a horas, con tasas de cuadro suficientes para captar cambios rápidos en la actividad muscular y neuronal.

Vinculando el movimiento y la actividad muscular

Usando larvas de mosca de la fruta que se desplazan mediante ondas de contracción muscular, los investigadores mostraron cómo el microscopio relaciona la postura, la navegación guiada por olores y la actividad muscular. Las larvas se desplazaron por una placa con un gradiente de olor a vinagre mientras sus músculos brillaban en dos colores: uno informando sobre los niveles de calcio y otro proporcionando una referencia estable. El seguimiento mantuvo a cada larva centrada incluso cuando recorría centímetros a través del recinto. A partir de las películas de doble color, el equipo reconstruyó la forma corporal y extrajo patrones de activación muscular a lo largo del cuerpo, revelando cómo las ondas peristálticas sostienen el avance rectilíneo y los giros, y permitiendo comparaciones entre larvas que alcanzaron con éxito la fuente de olor y las que no lo hicieron.

Echando un vistazo a neuronas individuales y juegos depredador-presa

El mismo montaje, ajustado para mayor aumento, se usó para monitorizar neuronas sensibles al tacto en gusanos redondos en libre movimiento. Cuando la placa se vibró suavemente, una neurona concreta en la cola mostró una señal de calcio que subía y bajaba de manera distinta según si el gusano huía hacia adelante o invertía la dirección, demostrando que el sistema puede capturar dinámicas neuronales sutiles en movimiento. En otro conjunto de experimentos, el modo de doble color siguió a nematodos depredadores etiquetados en rojo que cazaban presas etiquetadas en verde. Las películas capturaron secuencias completas de persecución, y la señal verde alrededor de la boca del depredador se disparó cada vez que mordía y alimentaba, confirmando predicciones de modelos de comportamiento anteriores sobre cuándo ocurre el contacto real.

Siguiendo viajes largos y animales no etiquetados

El diseño modular también permite grabaciones de horas con un desvanecimiento mínimo de la fluorescencia. En un ejemplo, el microscopio siguió gusanos individuales mientras forrajeaban, registrando la actividad de los músculos de la alimentación, las inversiones y la velocidad a lo largo de grandes distancias. En modo de campo brillante, el mismo hardware rastreó tardígrados, diminutos "osos de agua" que no están etiquetados genéticamente. Combinando el seguimiento con software de estimación de postura, los autores analizaron movimientos de las patas durante muchos minutos, descubriendo diferentes patrones de marcha y cómo se relacionan con los giros y la velocidad de desplazamiento.

Por qué esto importa para la ciencia y la enseñanza

En conclusión, el trabajo demuestra que un diseño cuidadoso y la tecnología moderna de cámaras hacen posible construir un microscopio de bajo coste y fácil uso que conecta lo que hacen las células con cómo se comportan los animales completos. Debido a que se basa en piezas comerciales estándar y software de código abierto, laboratorios y aulas sin acceso a ingeniería personalizada pueden ahora estudiar comportamientos complejos, interacciones ecológicas y patrones de marcha en animales diminutos, viendo al mismo tiempo la actividad celular subyacente.

Cita: Ramahefarivo, E., Böger, L., Saichol, T. et al. A modular multi-color fluorescence microscope for simultaneous tracking of cellular activity and behavior. Nat Commun 17, 4412 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72710-3

Palabras clave: microscopía de fluorescencia, seguimiento de comportamiento, imagen de calcio, C. elegans, larvas de Drosophila