Contribucin de Humberto FernndezMorn a la Microscopa Electrnica

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Contribución de Humberto Fernández-Morán a la
Microscopía Electrónica
Octubre 24 , 1999
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Eventos mas importantes en el desarrollo de la
microscopía electrónica y sus aplicaciones a la
Biología

• ETAPA I
• Bases Físicas del Microscopio Electrónico y de
  Barrido
• ETAPA II
• Invención del Microscopio Electrónico de
  Transmisión y de Barrido
• ETAPA III
• Desarrollo de las técnicas preparativas en
  microscopía electrónica
• ETAPA IV
• Desarrollo de las técnicas de análisis,
  procesamiento digital de imágenes y
  reconstruccion tridimensional en microscopía
  electrónica y expansion de la Crio-Microscopia
  Electronica.

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ETAPA I Bases Físicas del Microscopio
Electrónico y de Barrido 1897 J. J. Thompson
(P. N. Fisica 1906) anuncia la existencia de
particulas cargadas
negativamente, denominadas luego
electrones. 1924 Louis-Victor de Broglie (P.N.
Fisica 1930) propone que los electrones en
movimiento tienen propiedades
ondulatorias. 1924 Manne Siegbahn (Universidad
de Uppsala, Suecia) gana el Premio Nobel de
Física por sus investigaciones en espectroscopía
de rayos-X. 1924 Nace HFM (0) en Maracaibo el
18/2/1924 1926 Busch prueba que es posible
enfocar un haz de electrones con una lente
magnética cilíndrica, estableciendo
las bases de la óptica electrónica. 1930 HFM
(5) viaja al The Witt Junior High School de New
York, EE.UU.
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ETAPA II Invención del Microscopio
Electrónico de Transmisión y de Barrido 1931
Ernst Ruska (P.N. Fisica 1986) y colegas
contruyen el primer microscopio
electrónico de transmisión. 1932 A.C. Van
Dorsten (Philips Research Laboratories) comienza
a estudiar las lentes
magnéticas. 1935 Max Knoll demuestra la
factibilidad del microscopio electrónico de
barrido tres años después Von
Ardenne construye un instrumento
prototipo. 1936 HFM (12) regresa a
Maracaibo 1937 HFM (13) viaja a Alemania 1939
Siemens produce el primer microscopio
electrónico de transmisión comercial. 1939 HFM
(15) obtiene titulo B. A., Liceo Schulgemeinde
Wichersdorf de Sallfeld, Alemania.
1942 Microscopio Electrónico de Transmisión de
400 kV desarrollado por Philips
Research Laboratories.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1944
William and Wyckoff introducen la técnica de
sombreado metalico. 1944 HFM (20) obtiene su M.
D. Mención Summa cum Laude, Universidad de
Munich, Alemania luego regresa a
Venezuela. 1945 Porter (P.N. Fisiologia y
Medicina 1972), Claude (P.N. Fisiologia y
Medicina 1974) y Fullam utilizaron el
microscopio electrónico para examinar celulas en
cultivo de tejidos luego de fijarlas y teñirlas
con tetróxido de osmio. 1945 HFM (21) revalida
su título de médico, Mención Summa cum Laude,
UCV ingresa a la UCV como Profesor, regresa a
Maracaiboy luego viaja a la George Washington
University como Médico Internista en Neurología.
1946 HFM (22) viaja a Suecia, Estocolmo como
Foreign Research Fellow trabajando con el
neurocirujano Oliver Olivecrona (Serafimer
Hospital) en organización de celulas tumorales
invitado a trabajar en el Electron Microscope
Laboratories por el Prof. Manne Siegbahn,
Director del Nobel Institute for Physics donde
trabaja por 8 anos, y simultaneamente en el
Karolinska Institute 1946 Philips introduce su
primer prototipo de microscopio electrónico
comercial en Oxford.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1947
HFM (23) desiganado agregado científico y
cultural de Venezuela para Suecia, Noruega y
Dinamarca. 1948 Pease y Baker preparan
confiablemente secciones finas (0,1 a 0,2 ?m de
grosor) de material biológico. 1950 H. Latta y
J. F. Hartman introducen la cuchilla de vidrio
para ultramicrotomía. 1951 HFM (27) recibe M.
Sc. En Biología Celular, Karolinska Institute,
Estocolmo, Suecia. 1952 Palade (P. N.
Fisiología y Medicina 1975) , Porter (P.N.
Fisiología y Medicina 1972), y Sjöstrand
desarrollan metodos de fijación y seccionamiento
fino que permitieron ver por vez primera muchas
estructuras intracelulares. En una de las
primeras aplicaciones de estas tecnicas, H. E.
Huxley demostró que los musculos esqueleticos
contienen un arreglo solapado de filamentos
proteinicos, apoyando la hipotesis de los
filamentos deslizantes de la contracción
muscular. 1952 HFM (28) Ph.D. Biofísica,
Universidad de Estocolmo, Suecia. Durante sus
estudios trabaja como Asistente Clinico y
Residente en Serafimerlasaretter Hospital de
Estocolmo. Profesor Asociado del Instituto
Karolinska. 1952 Humberto Fernández-Morán
logra cortar por vez primera secciones finas
congeladas introduciendo la crio-ultramicrotomia.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1953
Porter (P.N. Fisiología y Medicina 1972), y Blum
desarrollaron el primer ultramicrotomo de
aceptación general, incorporando muchas de las
caracteristicas introducidas por
Claude y Sjöstrand previamente. 1953 Fernández-Mo
rán introduce la cuchilla de diamante para
seccionamiento ultrafino.
1953 HFM (29) Miembro de la Academia de
Ciencias Fisicas, Matematicas y Naturales de
Venezuela. Sillon XXVI. Visita el Instituto de
Neurologia e Investigaciones Cerebrales (INIC) en
Chile.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica
1954 HFM (30) regresa a Venezuela, funda
el IVNIC el 29/4/1954. Director del IVNIC.
Jefe del Departamento de Biofisica de la
UCV HFM (30) obtiene su primera patente 799497,
Suecia. 1955 Se inaugura oficialmente el IVNIC,
que opera solo 4 años hasta el 8/2/1959. HFM
(31) obtiene la patente 10682/57, Londres. 1956
Glauert y asociados demuestran que la resina
epóxica Araldita era un agente de embebimiento
altamente efectivo para microscopía electrónica.
1956 Fernández-Morán demuestra la aplicación de
la cuchilla de diamante para el seccionamiento
ultrafino para el estudio de la estructura fina
de tejidos biológicos y de metales.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1957
Robertson describe la estructura trilaminar de
la membrana celular, vista por vez
primera con el microscopio electrónico. 1957
HFM (32) desarrolla el Fernandez-Moran
Ultramicrotome, una modificación del microtomo
de Sjöstrand introducido en 1953. 1957 Las
tecnicas de crio-fractura (freeze-fracture),
inicialmente desarrollada por
Steere, fue perfeccionada por Moor y Mühlethaler.
1957 HFM toma la decisión de construir el
reactor nuclear del IVNIC. 1958 El nuevo
gobierno concede a HFM pasaporte diplomático
vitalicio en reconocimiento a sus contribuciones
científicas y educacionales. HFM (34) viaja
Boston, EE.UU invitado por F. O. Schmitt, en
misión tecnica oficial del IVNIC, en el
Massachusetts General Hospital organiza el Mixter
Laboratory of Electron Microscopy. HFM (34) es
designado Visiting Lecturer en Biología en el
Massachusetts Institute of Technology, y Research
Associate en Neuropatología en Harvard
University. HFM (34) colabora con T. G. Lewis de
la Du Pont Company en nuevos metodos de
fabricación de cuchillas y bisturíes de diamante.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1959
Singer utiliza anticuerpos acoplados a ferritina
para detectar moleculas en las celulas
utilizando el microscopio electrónico. 1959 El
9/2/1959 se crea el IVIC a partir del IVNIC.
1959 Brenner y Horne ampliaron la técnica de
tinción negativa, inventada cuatro años antes
por Hall, a una técnica de uso general para la
visualización de virus, bacterias y filamentos
proteinicos.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1959 Fern
ández-Morán contribuye al uso de la crio-fijación
y tecnicas de preparación de baja temperatura
usando helio II aplicandolas al estudio de la
ultraestructura de tejidos.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1960
Fernández-Morán introduce el método de
substitución bajo congelamiento
(freeze-substitution) en microscopía
electrónica. 1960 HFM (34) desarrolla
filamentos de punta de cristal único orientado
de tungsteno para proveer iluminación de
microhaz coherente, reduciendo daño del
espécimen por irradiación usando mínima dosis
electrónica por translación del microhaz.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1960 Fern
ández-Morán propone por vez primera observar
directamente muestras hidratadas congeladas
(frozen-hydrated), construyendo el primer
crio- microscopio electrónico y el primer
crio-portamuestra introduciendo el concepto
de Crio-microscopía electrónica. 1961 Luft
introdujo la resina de embebimiento Epón. 1962
HFM(36) viaja a Universidad de Chicago, EE.UU.
Desempeñándose como Full Professor. HFM
obtiene la U.S. patent 3,060,781. 1963
Sabatini, Bensch y Barrnett introducen el
glutaraldehido (usualmente seguido por tetróxido
de osmio) como un fijador para la microscopía
electrónica. 1963 HFM obtiene la U.S. Patent
3,091,144 1965 Cambridge Instruments produce
el primer microscopio electrónico de barrido
comercial.
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ETAPA III Desarrollo de las técnicas
preparativas en microscopía electrónica 1966 Fern
ández-Morán introduce el uso de lentes
superconductoras a temperatura de Helio liquido
en los microscopios electronicos. 1966 Davis G.
Durham (E. I. Du Pont Company) introduce un
nuevo instrumento para incisiones en cataratas
basado en la cuchilla de diamante 1966 Branton
demuestra que la crio-fractura permite visualizar
el interior de las membranas. 1967 HFM (43)
gana el Premio John Scott de Filadelfia por la
invención de la cuchilla de diamante, el cual
ganaron antes Thomas Edison, Marie Curie,
Alexander Fleming y Jonas Salk entre otros.
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ETAPA IV Desarrollo de las técnicas de
análisis, procesamiento digital de imágenes y
reconstruccion tridimensional en microscopía
electrónica y expansion de la Crio-Microscopia
Electronica. 1968 de Rosier y Aaron Klug (P.N.
Quimica 1982) describen las tecnicas para la
reconstrucción tridimensional de estructuras a
partir de micrografías electrónicas. 1969 HFM
(45) obtiene la U.S. Patent 3,447,366. 1972
HFM (48) obtiene la U.S. Patent
3,646,841. 1973 HFM (49) obtiene la U.S. Patent
3,751,780. 1973 HFM (49) introduce el
crio-ultramicrotomo con cuchilla de diamante
diseñado para operar a temperatura de helio
líquido.
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. ETAPA IV Desarrollo de las técnicas de
análisis, procesamiento digital de imágenes y
reconstruccion tridimensional en microscopía
electrónica y expansion de la Crio-Microscopia
Electronica. 1974 HFM (50) obtiene la U.S.
Patent 3,803,958. 1975 Henderson y Unwin
determinan la primera estructura de una proteina
de membrana mediante reconstrucción
computacional de micrografías electrónicas de
muestras no teñidas. 1978 HFM (54) obtiene la
U.S. Patent 4,084,942. 1978 Muere Manne
Siegbahn 1979 Heuser, Reese y colegas
desarrollan la técnica de crio-grabado
(freeze-etching) de alta resolución usando
especimenes congelados rapidamente. 1979 HFM
(55) obtiene la U.S. Patent 4,164,680. HFM
(55) visita dos veces el Laboratorio de
Estructura Molecular del IVIC 1982 HFM (58)
obtiene la U.S. Patent 4,319,889. 1985 HFM
(61) publica sus Reminiscences and Reflections
Cryo-electron Microscopy and Ultramicrotomy
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ETAPA IV Desarrollo de las técnicas de
análisis, procesamiento digital de imágenes y
reconstruccion tridimensional en microscopía
electrónica y expansion de la Crio-Microscopia
Electronica. 1986 Ernst Ruska (Alemania
Oriental) gana el premio Nobel en Fisica por el
diseño del primer microscopio electrónico
conjuntamente con Gerd Binning (Alemania
Occidental) y Heinrich Rohrer (Suiza) por el
diseno del microscopio de barrido de efecto
tunel. 1988 HFM (64) asiste al 70avo
Aniversario de la Academia Nacional de Ciencias
Fisicas, Matematicas y Naturales de
Venezuela. 1988 Muere Ernst Ruska en Berlin
Oriental (88 años)
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ETAPA IV Desarrollo de las técnicas de
análisis, procesamiento digital de imágenes y
reconstruccion tridimensional en microscopía
electrónica y expansion de la Crio-Microscopia
Electronica. 1993 Se logra la resolución de 1 Å
en un Philips CM-200/300 en la Universidad de
Tübingen 1997 El IVIC crea el Departamento de
Biología Estructural Humberto
Fernández-Morán 1999 Philips Electron Optics
de Holanda designa al Departamento de Biología
Estructural del IVIC como la sede del Centro
LatinoAmericano Philips de Crio-Microscopía
Electronica (CLAPCME) 1999 HFM (75) muere en
Estocolmo, Suecia el 17/3/1999.
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Departamento de Biologia Estructural Humberto
Fernandez-Moran
Http//cbe.ivic.ve
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Centro LatinoAmericano Philips de
Crio-Microscopia Electronica
http//clapcme.ivic.ve/clapcme.html
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BIOLOGIABacteriorodopsina 3.5
ACatalasaCrotoxina y muchas otras
toxinasFilamentos delgadosActinaTubulina
TropomiosinaCromatinaRibosomasFlagelosVirusm
embranas (mielina)complejo fotosinteticofilament
os gruesosetc.
Estructuras resueltas con Crio-Microscopia
Electronica
CIENCIA DE LOS MATERIALES Gases
solidificados Monocapas Ceramicas Agentes
surfactantes Microemulsiones Polimeros Compuestos
de la Industria Petrolera etc.
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Contribucion de Humberto Fernández-Morán a la
Microscopía Electrónica

• 1.- Introduce el concepto de Crio-ultramicrotomia.
  
• 2.-Introduce la Cuchilla de Diamante.
• 3.-Introduce la aplicacion de la cuchilla de
  diamante para el seccionamiento ultrafino de
  materiales biologicos y de metales.
• 4.-introduce su ultramicrotomo disenado
  especialmente para su cuchilla de diamante.
• 5.-Introduce la crio-fijacion ultrarapida con
  helio II.
• 6.-Introduce el metodo de substitucion bajo
  congelamiento en microscopia electronica.
• 7.-Desarrolla filamentos de punta y de cristal
  unico para proveer microhaz coherente para la
  obtencion de micrografias de baja dosis
  electronica disminuyendo el dano por irradiacion
  electronica.
• 8.-Introduce el concepto de crio-microscopia
  electronica la necesidad de observar las
  muestras congeladas-hidratadas.
• 9.- Introduce el crio-microscopio electronico.
• 10.- Introduce el uso de lentes superconductoras
  a temperatura de helio liquido en microscopios
  electronicos
• 11.-Introduce el portaespecimen de nitrogeno y el
  de helio liquido.
• 12.-Introduce el crio-ultramicrotomo a
  temperatura de helio liquido.