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(noticias nanowerk) Utilizando una novedosa técnica de microscopía, investigadores del MIT y del Hospital Brigham and Women’s/Facultad de Medicina de Harvard han obtenido imágenes del tejido cerebral humano con mayor detalle que nunca, revelando células y estructuras que antes eran invisibles.
Entre otras cosas, los investigadores descubrieron que algunos tumores cerebrales de «bajo grado» contienen más células tumorales supuestamente más agresivas de lo esperado, lo que sugiere que algunos de estos tumores pueden ser más agresivos de lo que se pensaba anteriormente.
Los investigadores esperan que esta técnica pueda usarse eventualmente para diagnosticar tumores, proporcionar pronósticos más precisos y ayudar a los médicos a elegir tratamientos.
“Estamos empezando a darnos cuenta de lo importantes que son las interacciones de las neuronas y las sinapsis con el cerebro circundante para el crecimiento y la progresión de los tumores. Muchas de estas cosas realmente no podríamos ver con las herramientas tradicionales, pero ahora tenemos una herramienta para observar estos tejidos a nanoescala y tratar de comprender estas interacciones”, dice Pablo Valdés, ex becario postdoctoral del MIT y ahora profesor asistente Profesor de neurociencia en la Rama Médica de la Universidad de Texas y autor principal del estudio.
Edward Boyden, Y. Eva Tan Profesora de Neurotecnología en el MIT; profesor de bioingeniería, artes y ciencias de los medios y ciencias cognitivas y del cerebro; investigador del Instituto Médico Howard Hughes; y miembro del Instituto McGovern de Investigación del Cerebro y del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT; y E. Antonio Chiocca, profesor de neurocirugía en la Facultad de Medicina de Harvard y presidente de neurocirugía en el Hospital Brigham and Women’s, son los autores principales del estudio, que aparece en Medicina científica traslacional (“Inmunotinción mejorada de nanoestructuras y células en muestras de cerebro humano mediante despoblación de proteínas mediada por expansión”).
![Imágenes del tejido cerebral humano](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id64557_1.jpg)
Hacer visibles las moléculas
El nuevo método de obtención de imágenes se basa en la microscopía de expansión, una técnica desarrollada en el laboratorio de Boyden en 2015 basada en una premisa simple: en lugar de utilizar microscopios potentes y costosos para obtener imágenes de alta resolución, los investigadores desarrollaron una forma de expandir el propio tejido y así permiten obtener imágenes con un microscopio óptico normal a muy alta resolución.
En esta técnica, la tela está incrustada en un polímero que se hincha cuando se agrega agua. Las proteínas que normalmente mantienen unido el tejido se ablandan y se descomponen. Luego, la adición de agua hace que el polímero se hinche, separando todas las proteínas entre sí. Esta ampliación de tejido permite a los investigadores obtener imágenes con una resolución de unos 70 nanómetros, algo que hasta ahora sólo era posible con microscopios muy especiales y caros, como los microscopios electrónicos de barrido.
En 2017, el laboratorio Boyden desarrolló una forma de amplificar muestras de tejido humano conservadas, pero los reactivos químicos utilizados también destruyeron las proteínas que los investigadores querían etiquetar. Al marcar las proteínas con anticuerpos fluorescentes antes de la expansión, se pudo visualizar la ubicación y la identidad de las proteínas una vez completado el proceso de expansión. Sin embargo, los anticuerpos que normalmente se utilizan para este tipo de etiquetado no pueden penetrar fácilmente el tejido apretado antes de que se expanda.
Por lo tanto, para este estudio, los autores desarrollaron un protocolo de ablandamiento de tejido diferente que rompe el tejido pero preserva las proteínas en la muestra. Una vez expandido el tejido, las proteínas se pueden marcar con anticuerpos fluorescentes disponibles comercialmente. Luego, los investigadores pueden realizar múltiples rondas de imágenes, marcando tres o cuatro proteínas diferentes en cada ronda. Marcar proteínas de esta manera permite obtener imágenes de muchas más estructuras porque una vez que el tejido se expande, los anticuerpos pueden penetrar y marcar proteínas que antes no podían alcanzar.
«Abrimos el espacio entre las proteínas, lo que nos permite llevar anticuerpos a espacios abarrotados a los que de otro modo no podríamos llegar», dice Valdés. «Vimos que podíamos agrandar el tejido, eliminar las proteínas y obtener imágenes de muchas, muchas proteínas en el mismo tejido realizando múltiples rondas de tinción».
En colaboración con la profesora asistente del MIT, Deblina Sarkar, los investigadores demostraron una forma de esta “despoblación” utilizando tejido de ratón en 2022.
El nuevo estudio dio como resultado una técnica de invalidación para su uso con muestras de tejido cerebral humano utilizadas en entornos clínicos para el diagnóstico patológico y para guiar las decisiones de tratamiento. Puede ser más difícil trabajar con estas muestras porque generalmente están incluidas en parafina y tratadas con otros químicos que deben descomponerse antes de que se pueda expandir el tejido.
En este estudio, los investigadores etiquetaron hasta 16 moléculas diferentes por muestra de tejido. Las moléculas a las que se dirigieron incluyen marcadores para una variedad de estructuras, incluidos axones y sinapsis, así como marcadores que identifican tipos de células como los astrocitos y las células que forman vasos sanguíneos. También marcaron moléculas asociadas con la agresividad de los tumores y la neurodegeneración.
Utilizando este enfoque, los investigadores analizaron tejido cerebral sano, así como muestras de pacientes con dos tipos de gliomas: glioblastoma de alto grado, el tumor cerebral primario más agresivo y con mal pronóstico, y gliomas de bajo grado, que se consideran menos agresivos.
“Queríamos estudiar los tumores cerebrales para comprenderlos mejor a nivel nanoescalar y así poder desarrollar mejores tratamientos y diagnósticos en el futuro. En ese momento se trataba más de desarrollar una herramienta para entenderlos mejor, porque actualmente no se hace mucho en neurooncología en términos de imágenes de alta resolución”, dice Valdés.
Una herramienta de diagnóstico
Para identificar células tumorales agresivas en los gliomas que estudiaron, los investigadores etiquetaron vimentina, una proteína que se encuentra en los glioblastomas altamente agresivos. Para su sorpresa, encontraron muchas más células tumorales que expresan vimentina en gliomas de bajo grado que con cualquier otro método.
«Esto nos dice algo sobre la biología de estos tumores, particularmente que algunos de ellos probablemente sean más agresivos de lo que uno esperaría usando técnicas de tinción estándar», dice Valdés.
Cuando los pacientes con glioma se someten a cirugía, las muestras tumorales se conservan y analizan mediante tinción inmunohistoquímica, que puede revelar ciertos marcadores de agresividad, incluidos algunos de los marcadores analizados en este estudio.
«Estos son tumores cerebrales incurables, y este tipo de descubrimiento nos permitirá determinar a qué moléculas cancerosas debemos apuntar para desarrollar mejores tratamientos». También demuestra el profundo impacto que tiene la interacción de médicos como nosotros en Brigham and Women’s con ellos. científicos como Ed Boyden en el MIT para descubrir nuevas tecnologías que puedan mejorar la vida de los pacientes”, dice Chiocca.
Los investigadores esperan que su técnica de microscopía de expansión pueda permitir a los médicos aprender mucho más sobre los tumores de los pacientes para determinar qué tan agresivo es el tumor y tomar decisiones de tratamiento. Valdés ahora planea realizar un estudio más amplio de los tipos de tumores para crear pautas de diagnóstico basadas en las características del tumor que pueden revelarse mediante esta técnica.
“Esperamos que esto sea una herramienta de diagnóstico para capturar células marcadoras, interacciones, etc., algo que antes no podíamos hacer”, afirma. «Es una herramienta práctica que ayudará al mundo clínico de la neurooncología y la neuropatología a observar las enfermedades neurológicas a nanoescala como nunca antes, porque fundamentalmente es una herramienta muy fácil de usar».
El laboratorio de Boyden planea utilizar esta técnica para estudiar otros aspectos de la función cerebral en tejido sano y enfermo.
«La capacidad de realizar nanoimágenes es importante porque la biología trata sobre cosas a nanoescala (genes, productos genéticos, biomoléculas) e interactúan a distancias a nanoescala», dice Boyden. «Podemos estudiar todo tipo de interacciones a nanoescala, incluidos cambios sinápticos, interacciones inmunes y cambios que ocurren en el cáncer y el envejecimiento».
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