En determinadas investigaciones se usan células con proteínas brillantes –bioluminiscentes- que ayudan a rastrear el crecimiento de tumores o medir los cambios en la expresión genética. Estas proteínas bioluminiscentes se encuentran en múltiples organismos como las medusas o luciérnagas y han servido durante años para la investigación.
En este campo, proteínas como la luciferasa, que tiene la capacidad de brillar en distintos colores, se utilizan para marcar células específicas y realizar pruebas como resonancias magnéticas con las que obtener imágenes que permitan diagnósticos y seguimientos de diferentes patologías. Con todo, aunque es una tecnología muy recurrente, hay algunos tejidos como los que se encuentran en el cerebro que suponen una mayor dificultad para obtener imágenes de las estructuras más profundas.
Permite observar cómo cambia la expresión genética durante el desarrollo del embrión, la diferenciación celular o cuando formamos nuevos recuerdos
Ante ello, los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) han diseñado vasos sanguíneos del cerebro para expresar una proteína que provoca una dilatación en presencia de luz, que se puede observar a través de las imágenes de resonancia magnética (RM).
INVESTIGACIÓN
Alan Jasanoff, profesor del MIT de ingeniería biológica, ciencias cerebrales y cognitivas, y ciencia e ingeniería nuclear, explica que "un problema bien conocido al que nos enfrentamos en la neurociencia, así como en otros campos, es que es muy difícil utilizar herramientas ópticas en tejido profundo. Uno de los objetivos principales de nuestro estudio fue encontrar una manera de obtener imágenes de moléculas bioluminiscentes en tejido profundo con una resolución razonablemente alta”.
Gracias a esta técnica, Jasanoff y su equipo podrían explorar el funcionamiento interno del cerebro detalladamente. Para ello trataron de hallar la manera de detectar luciferasa en las partes más profundas del cerebro empleando un método que transformaba los vasos sanguíneos en detectores de luz.
Paraello, los investigadores los diseñaron vasos sanguíneos con una proteína bacteriana llamada adenilato ciclasa fotoactivada de Beggiatoa (bPAC). Esta proteina una vez que se expone a la luz produce moléculas AMOc, que dilatan los vasos. Una vez los vasos se dilatan, el equilibrio de la hemoglobina oxigenada y desoxigenada se altera, así como sus propiedades magnéticas. De esta forma, se puede detectar a través de una resonancia magnética.
Detectaron luciferasa en el cerebro de las ratas mediante la resonancia
El bPAC responde a la luz azul, cuya longitud de onda es corta. Los investigadores usaron un vector viral para administrar el gen de bPAC específicamente a las células del músculo liso que forman los vasos sanguíneos.
Cuando el experimento se llevó a cabo en ratas y se inyectó el vector, los vasos sanguíneos se volvieron sensibles a la luz. Entonces, implantaron células que habían sido diseñadas para expresar luciferasa si estaba presente un sustrato llamado CZT. Finalmente, detectaron luciferasa en el cerebro de las ratas mediante la resonancia.
RASTREO DE LOS CAMBIOS EN EL CEREBRO
Más tarde, se probó si esta técnica podía detectar la luz producida por las propias células del cerebro, en caso de que estuvieran diseñadas para expresar luciferasa. Entregaron el gen de un tipo de luciferasa, que recibe el nombre de GLuc, a las células del cuerpo estriado, una parte más profunda del cerebro. Cuando se inyectó el sustrato CZT a los animales, las imágenes por resonancia magnética revelaron los lugares donde se había emitido la luz.
Los científicos han bautizado esta técnica como BLUsH (Imágenes de Bioluminiscencia Utilizando Hemodinámica). Jasanoff añade que este hallazgo podría usarse para explorar las regiones profundas del cerebro y conocer más sobre este órgano. Además de ser útil para mapear cambios en la expresión genética, vinculando la expresión de la luciferasa a un gen específico. Y poder observar cómo cambia la expresión genética durante el desarrollo del embrión, la diferenciación celular o cuando formamos nuevos recuerdos.
El nuevo horizonte de la investigación está en la exploración de las aplicaciones como adaptar las técnicas para su uso en ratones u otros animales.