Con el aumento de la prevalencia de los trastornos neurológicos en la sociedad está llegando también un aumento de tecnología avanzada que permite conocer mejor el cerebro. Herramientas con las que observar la corteza cerebral, el lóbulo central, y superar el líquido que compone el cerebro para llegar a las células neuronales y sus conexiones y poder entender cómo viaja la información por el sistema nervioso, y cómo se expresa el daño de una enfermedad neurológica.
Hasta hace poco observar estos elementos era imposible e incluso hoy en día todavía es complicado. Pero cada vez más la tecnología en salud digital está permitiendo observar imágenes de cerebros completos en 3D y hacer zoom hasta los lugares en los que se expresa una proteína. Estos mapas cerebrales digitales son posibles gracias a las técnicas de clarificación del cerebro y a la microscopía de fluorescencia de hoja de luz.
“Trasparentamos los órganos que queremos estudiar y utilizamos después la tecnología de hoja de luz para hacer una foto de todo el cerebro en su forma y estructura original en el momento del fallecimiento”, explica a SaluDigital Eloisa Herrera, investigadora en el Instituto de Neurociencias de la Universidad Miguel Hernández (UMH).
“En ratones tardamos 25 días en clarificar un cerebro, no me quiero imaginar lo que se tardaría con un cerebro humano”, explica Escalante
“Tras esos pasos introducimos los datos en el ordenador, donde se crean mapas digitales donde podemos observar cada parte del cerebro, la neurona que nos interesa, ver dónde se expresa una proteína…”, añade Augusto Escalante, también investigador en el Instituto de la UMH. Este es uno de los pocos centros en España que cuentan con los equipos precisos para realizar estas técnicas que precisan de los instrumentos de microscopía, ordenadores de gran potencia y resolución, los protocolos para fijar el cerebro, los reactivos y cohortes de ratones para poder hacer los estudios.
Y es que, por el momento, hacia el 99,9% de las investigaciones en cerebros que se realizan con estas técnicas se hacen con ratones y hurones, al ser órganos más pequeños. “En ratones tardamos 25 días en clarificar un cerebro, no me quiero imaginar lo que se tardaría con un cerebro humano”, explica Escalante. Él mismo estudia en ratones cómo se origina la señal del picor. Para ello aporta un estimulo a un ratón transgénico, es decir, introduce al ratón un reactivo en su cuerpo en la proteína o el nervio que va a recibir el picor y es el encargado de trasladarlo al cerebro, posteriormente le genera picor en una pata, en el lomo o en el costado. Pasado media hora o una hora sacan el cerebro post mórtem o utilizan todo el cuerpo, lo clarifican, lo fijan y obtienen una imagen del estado de esa zona, lo que, a través del mapa digital permite observar el recorrido de este estímulo, comparado con el de un ratón al que no se le haya generado dicho picor.
Se utilizan cohortes de ratones, de hurones, pero también se ha usado esta técnica para estudiar embriones y cerebros humanos, aunque esto en menor medida y de forma más inicial. Una investigación publicada en la revista 'Cell' obtuvo una visualización tridimensional de alta resolución de un embrión humano completo. Para ello se utilizó inmunotinción, es decir, anticuerpos teñidos que se adhieren a las proteínas que nos interesan y nos permite observar donde se manifiestan, clarificación e imágenes por microscopia de hoja de luz. El resultado nos permite observar los nervios de todo el cuerpo de un embrión, conexiones específicas o los nervios que constituyen manos, pies o forman parte de un pulmón o un corazón, datos con los que conocer mejor el desarrollo del sistema nervioso.
Y como se ha comentado también hay ejemplos de clarificación de otros órganos como el cerebro, y también otros órganos. Contando que los órganos humanos adultos son particularmente difíciles de volver transparentes debido a la acumulación de moléculas densas y resistentes en tejidos de décadas de antigüedad, los investigadores van innovando con nuevas técnicas con las que se ha conseguido revelar detalles estructurales de un ojo, un riñón y una tiroides humanos y un páncreas de cerdo, como refleja este estudio publicado también en la revista 'Cell'
FUTURO IMPACTO EN FARMACOLOGÍA
Pero además de permitir trabajar con expresión génica, proyecciones neuronales, actividad neuronal fisiológica o la actividad neuronal, esta técnica permite también observar la actividad neuronal inducida por fármaco o la distribución de estos mismos. Algo que lleva años estudiando el investigador Jacob Hecksher-Sørensen y que recoge en estudios como el recientemente publicado en ‘Frontiers en Neurociencia’ donde acuña esta técnica como “neurociencia virtual”.
Los repositorios de imágenes pueden permitir “comparar los mapas digitales de un nuevo candidato a medicamento con los mapas de medicamentos existentes que ya están en el mercado o con mapas derivados de medicamentos con efectos secundarios conocidos”, recoge el estudio citado. “Permitiría probar de esta forma los tratamientos y no como ahora, con sistemas de éxito y fallo que tiene actualmente un importante impacto en la salud de los pacientes que se someten a ensayos clínicos”, manifiesta Herrera.
Light sheet imaging of the vascular network in the adult mouse brain... #lightsheet#bloodbrainbarrier#BBB#CNS#neuroscience#Alzheimers#Parkinsons#obesitypic.twitter.com/SFFcFUZ8az
— Jacob Hecksher-Sørensen (@HecksherS) September 1, 2020
Pero para ello además de probarlo en ratones se necesita que llegue también a cerebros humanos. Algo que se conseguirá. “Antes era imposible visualizar con esta resolución el cerebro y el sistema nervioso, tenías que imaginarte el efecto, realizar un aislamiento bioquímico muy complejo… ahora podemos crear un estímulo y ver lo que ocurre en el cerebro, y es una ventaja espectacular”, continúa Eloisa Herrera. “Y esto seguirá evolucionando, con protocolos más baratos, más rápidos y que nos permita probarlo con los humanos”.