“Mapear cerebros enteros es difícil y requiere mucho tiempo, incluso con la mejor tecnología moderna”, señaló en marzo del año pasado un equipo internacional de las universidades Johns Hopkins y Cambridge, que logró reconstruir el conectoma de este órgano en la larva de mosca después de 10 años. .
Ahora, un grupo del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) lo ha conseguido en un tiempo récord y en humanos. Los investigadores han automatizado un Técnica para adquirir imágenes en 3D de cada mitad del cerebro en poco más de cuatro días..
Esta nueva tecnología obtiene simultáneamente, como si de un zoom se tratara, la visión de todo un hemisferio del cerebro y ‘desciende’ a las estructuras más pequeñas de las neuronaso incluso las sinapsis.
El proceso para obtener una fotografía completa del cerebro a escala celular requiere dividirlo en cientos o miles de finas rodajas de tejido, obtener imágenes de cada uno de ellos con el microscopio electrónico y luego llevar a cabo un minucioso proceso de reconstrucción de todas esas piezas, neurona a neurona, hasta formar un cerebro completo para lograr un mapa preciso.
A este ritmo de trabajo, el conectoma del cerebro humano, imprescindible conocer cómo funciona para luego abordar las innumerables enfermedades que te aquejanSería una tarea titánica.
Sin embargo, el nuevo enfoque presentado en Ciencia por Kwanghun Chung y su equipo podría facilitar enormemente esa ardua tarea. Chung ya es conocido por ser uno de los creadores en 2013, junto con Karl Deisseroth, de la técnica Clarity, que permitió transparente pequeños cerebros enteros y que hoy se utiliza habitualmente en el laboratorio.
Desde entonces, el experto ha seguido en esta línea para mejorar la visión 3D del cerebro con total precisión independientemente de la escala. Con la nueva publicación, ha dado un paso importante para que sea aún más fácil observar el cerebro con el máximo detalle. minimizar el daño al tejido cerebral durante la etapa de preparación de la muestra para poder utilizarla nuevamente más adelante.
Cambia la forma en que ves el cerebro
Realizado en colaboración con un equipo de jóvenes ingenieros, el trabajo publicado en Ciencia tiene como objetivo cambiar la forma en que observamos de cerca el cerebro, superar los escollos derivados de las técnicas actuales. Cabe destacar que han conseguido recomponer los cortes de tejido cerebral para que ‘coincidan’ perfectamente, como si no hubieran sido cortados, lo que hasta ahora requería una integración lenta y laboriosa.
Para ello, el primer paso ha sido afinar la forma en la que se cortan las muestras de tejido cerebral. El ingeniero mecánico se ha encargado de esto. Ji Wangque ha desarrollado una ‘megatomía’un dispositivo para cortar los hemisferios cerebrales humanos de forma que no los dañe y luego reconstruirlos nuevamente con gran precisión para tener una visión general.
Como explica Chung, hasta el momento “ninguna tecnología obtiene imágenes de la anatomía completa del cerebro humano”. con resolución subcelular sin cortarlo primero, porque es opaco y muy gruesoaproximadamente 3.000 veces el volumen del cerebro de un ratón.
Pero con este megatomo, el Los cortes no pierden información anatómica en los puntos de corte ni en ningún otro lugar.destacan los investigadores.
Otro obstáculo a superar fue aumentar la flexibilidad de las muestras sin romperlas. Y este aspecto ha sido cuidado. Parque Juhyuk un joven ingeniero de materiales que ha logrado cada porción del cerebro transparente sea flexible y relativamente fácil de manejar, duradera y ampliable.
Además, se puede etiquetar con diferentes marcadores de forma rápida, uniforme y repetida, porque este marcado selectivo se puede ‘borrar’, lo que Permite realizar diferentes estudios sobre la misma muestra. dependiendo del objetivo perseguido. Y para ello han desarrollado otra nueva tecnología incorporada a la plataforma a la que han llamado melast.
Análisis computacional
Por supuesto, no podíamos perdernos un análisis computacionallo que en este caso nos ha permitido realizar de forma automática y con gran precisión la tarea de reunir los cortes en los que se ha dividido el tejido cerebral.
La reconstrucción se lleva a cabo utilizando como guía la alineación precisa de cada vaso sanguíneo y cada axón neuronal, y con software que recompone el cerebro al nanómetro como si no hubiera sido cortado previamente, desarrollado por otro ingeniero, Webster Guan. Para ello creó un sistema informático llamado “UNSLICE”.
Con estas tres técnicas integradas en la plataforma tecnológica, se puede cambiar la escala de visualización a mapear simultáneamente un hemisferio completo y al mismo tiempo también acceder a características microscópicas como información molecular, morfológica y de conectividad. Y todo ello, afirman los investigadores, sin destruir la muestra.
En definitiva, esta nueva técnica permite un viaje inmersivo al cerebro, desde todo el hemisferio hasta el interior de las estructuras celulares más pequeñas o la visualización de las sinapsis con gran detalle.
“Esta tecnología realmente nos permite analizar el cerebro humano en múltiples escalas. “Potencialmente, se puede utilizar para mapear completamente los cerebros humanos”, aclara Chung.
Impacto de este estudio
El tiempo de preparación de las muestras de cerebro es otro de los aspectos destacables de esta nueva plataforma, ya que reduce considerablemente. Con esta tecnología, lo que antes llevaba varios meses ahora se puede hacer en poco más de cuatro días.
Para el neurocientífico manuel valeroJefe de grupo del Instituto Hospital del Mar d’Investigacions Mèdiques (IMIM) y premio Jóvenes Investigadores 2023 de la Sociedad Española de Neurociencia, que no participó en el estudio, “el impacto de este artículo radica en la coordinación de todos estas mejoras técnicas con el objetivo de automatizar y optimizar el análisis histológico y análisis molecular de grandes fragmentos de cerebro humano.
Para Valero, este trabajo supone un gran esfuerzo y competencia técnica, “que intenta mejorar el límite técnico, experimental y analítico estudiar muestras de cerebro humano con técnicas de microscopía desde el punto de vista molecular, celular y de conectividad.
“Sí OK, Ninguna de estas mejoras es revolucionaria.la adopción por parte de la comunidad científica de algunos de estos recursos, por ejemplo, de los métodos de análisis desarrollados que sean fácilmente difundidos, puede tener un impacto a corto y mediano plazoprincipalmente en el optimización y automatización de este tipo de estudios cerebrales”, añade.
Aplicación práctica en el Alzheimer
Precisamente para demostrar las posibilidades de esta nueva técnica, investigadores del MIT Han entrado en un cerebro con Alzheimer y lo han comparado con otro sin esta enfermedad neurodegenerativa.
Con ello han realizado una prueba de concepto del alcance y utilidad de su nueva técnica, aunque aclaran que no se debe generalizar lo observado en un solo cerebro. Pero sí abre la puerta a un enfoque nuevo, más rápido y más detallado.
En este caso Chung ha colaborado con Mateo Frosch, experto en Alzheimer y director del banco de cerebros del Hospital General de Massachusetts. Los investigadores se centraron en una porción de tejido donde observaron la mayor pérdida de neuronas en comparación con un cerebro de control sano. A partir de ahí se dejaron llevar por la curiosidad, dicen: “No diseñamos todos los experimentos de antemano”, señala Chung.
Sabiendo que, gracias a este nuevo enfoque, podrían tener acceso casi ilimitado al tejido y que incluso les permitiría regresa y mira algo nuevoUtilizaron muchos marcadores diferentes, para poder observar diferentes aspectos, y caracterizar y ver las relaciones entre factores patógenos y diferentes tipos de células.
Una de las muchas observaciones que hicieron fue que la pérdida de sinapsis se concentraba en áreas donde había una superposición directa. con las placas amiloides características de la enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, fuera de las áreas de placa, la densidad de sinapsis era tan alta en el cerebro patológico como en el cerebro de control sano.
Los investigadores señalan que esta tecnología no se limita al cerebro, sino que también puede aplicarse a muchos otros tejidos del cuerpo. “Prevemos que esta plataforma tecnológica escalable mejorará nuestra comprensión de las funciones de los órganos humanos y los mecanismos de las enfermedades para estimular el desarrollo de nuevas terapias”, concluye Chung.
