Los investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas, Jonathan Sweedler y Fan Lam, han demostrado cómo las tecnologías espaciales ómicas pueden revelar la complejidad molecular del cerebro a diferentes escalas. Mediante un enfoque integrado de imágenes bioquímicas y aprendizaje profundo han dado lugar a la creación de mapas moleculares 3D con especificidad celular, permitiendo una comprensión más profunda del funcionamiento cerebral tanto en la salud como en la enfermedad.
Esta investigación, subvencionada con 3 millones de dólares del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento, ha empleado la espectrometría de masas para recopilar y analizar datos de alta resolución. Además, los investigadores han utilizado metabolómica unicelular y herramientas computacionales para estudiar moléculas individuales en células cerebrales.
"Comprender la bioquímica del cerebro, cómo se organiza espaciotemporalmente y cómo esas reacciones químicas respaldan la computación es fundamental para tener una mejor idea de cómo funciona el cerebro tanto en la salud como durante la enfermedad"
"Si observamos el cerebro químicamente es como una sopa con un montón de ingredientes", explica Lam. "Comprender la bioquímica del cerebro, cómo se organiza espaciotemporalmente y cómo esas reacciones químicas respaldan la computación es fundamental para tener una mejor idea de cómo funciona el cerebro tanto en la salud como durante la enfermedad", añade.
Este enfoque ha permitido la adquisición de datos a velocidades y escalas sin precedentes, facilitando una comprensión más completa de la complejidad bioquímica dentro del cerebro. "La mayoría de la gente tiene la sensación de que las enfermedades cerebrales como la depresión y el alzhéimer son causadas por desequilibrios neuroquímicos", afirma Sweedler.
"Pero esos desequilibrios son realmente difíciles de estudiar y es difícil entender cómo interactúan las sustancias químicas a diferentes escalas (por ejemplo, a nivel de tejido y de célula individual) durante los problemas en el cerebro", asegura.
La metabolómica unicelular fue nombrada como una de las ‘Siete tecnologías a observar en 2023’, lo que subraya su impacto y relevancia en la investigación científica actual
Según Sweedler, la capacidad de crear mapas 3D de distribuciones químicas con especificidad celular brinda a los investigadores una valiosa herramienta para abordar enfermedades neurológicas actualmente intratables. Este avance es, según los investigadores, especialmente relevante dado el reconocimiento de la metabolómica unicelular, que fue nombrada como una de las ‘Siete tecnologías a observar en 2023’, lo que subraya su impacto y relevancia en la investigación científica actual.
"Realmente me sorprende cómo las pequeñas interacciones pueden convertirse en interesantes conversaciones de investigación y, finalmente, en estudios colaborativos a gran escala", comenta el primer autor Richard Xie, miembro graduado del Instituto Beckman.
"La clave es tener una mente abierta e interdisciplinaria. Me siento muy entusiasmado con el progreso en el aprovechamiento de diferentes conocimientos entre grupos para diseñar herramientas que representen mejor el paisaje bioquímico del cerebro", añade el investigador.
Este trabajo representa un avance significativo en la informática y los métodos computacionales, dos herramientas que pueden contribuir a un nuevo tipo de imágenes bioquímicas multimodales y multiescala, lo que promete abrir nuevas perspectivas en el estudio del cerebro y su funcionamiento molecular.