Monitorizar los cambios causados en el cerebro a escala molecular por el cáncer y otras patologías neurológicas, y hacerlo de manera no invasiva, es uno de los grandes retos de la investigación biomédica. Una nueva técnica aún en fase experimental lo consigue, introduciendo luz en el cerebro de ratones mediante una sonda finísima. Lo publica hoy en la revista Nature Methods un equipo internacional del que forman parte grupos del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas(CNIO) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).
La técnica, llamada "linterna molecular", informa de la composición química del tejido nervioso al iluminarlo. Así, se pueden analizar cambios moleculares producidos por tumores, ya sean primarios o metastásicos, y también por lesiones como traumatismos craneoencefálicos. Se trata de una sonda de menos de 1 mm de grosor, con una punta de apenas una milésima de milímetro, una micra, invisible a simple vista. Es posible introducirla hasta alcanzar zonas profundas del cerebro sin causar daño (para hacerse una idea, un cabello humano mide entre 30 y 50 micras de diámetro).
"Esta tecnología nos permite estudiar el cerebro en su estado natural, no es preciso alterarlo previamente"
Esta linterna-sonda no está aún lista para ser usada en pacientes; por ahora es ante todo una “prometedora” herramienta de investigación con modelos animales que permite “monitorizar alteraciones moleculares causadas por una lesión cerebral traumática, así como detectar marcadores diagnósticos de metástasis cerebral con gran precisión”, explican los autores del artículo.
El trabajo lo ha llevado a cabo el consorcio europeo NanoBright, en el que participan dos grupos españoles, el liderado por Manuel Valiente, que dirige el Grupo de Metástasis Cerebral del CNIO, y el Laboratorio de Circuitos Neuronales del Instituto Cajal del CSIC, dirigido por Liset Menéndez de la Prida. Ambos se han ocupado de la investigación biomédica en NanoBright, mientras que grupos de instituciones italianas y francesas han desarrollado la instrumentación.
Otras técnicas, como las optogenéticas permiten controlar con luz la actividad de neuronas individuales. Sin embargo, antes hay que introducir en las neuronas un gen que las hace sensibles a la luz. Con la nueva tecnología de NanoBright se puede estudiar el cerebro sin alterarlo previamente, lo que supone un cambio de paradigma en la investigación biomédica.
“Como ocurre con los pacientes, hemos visto frentes del tumor que sueltan células que escaparían a la cirugía”
El nombre técnico de la nueva linterna molecular es espectroscopía vibracional. Su funcionamiento se basa en una característica de la luz, el efecto Raman: cuando la luz incide sobre las moléculas, rebota de manera distinta en función de su composición y estructura química, detectando así una señal o espectro diferente en cada caso. El espectro se convierte en una firma molecular que informa de la composición del tejido iluminado.
“Esta tecnología nos permite estudiar el cerebro en su estado natural, no es preciso alterarlo previamente. Pero además posibilita analizar cualquier tipo de estructura cerebral, no solo aquellas que has marcado o alterado genéticamente, como ocurría con las tecnologías usadas hasta ahora. Con la espectroscopía vibracional podemos ver cualquier cambio molecular en el cerebro cuando existe una patología” explica Manuel valiente.
La espectroscopía Raman se utiliza ya en neurocirugía, aunque de forma invasiva y menos precisa: “Se han realizado estudios de su uso al operar tumores cerebrales en pacientes -señala Valiente-. En quirófano, una vez eliminado el grueso del tumor con cirugía, es posible introducir una sonda de espectroscopía Raman para evaluar si quedan células cancerígenas en la zona. Es decir, solo se usa cuando el cerebro ya está abierto y el hueco es lo bastante grande. Pero estas ‘linternas moleculares’ de tamaño relativamente grande son incompatibles con un uso mínimamente invasivo para modelos animales en vivo”.
Los autores proponen aplicaciones concretas. El grupo de Valiente, en el CNIO, ha usado la linterna molecular en modelos experimentales de metástasis cerebral: “Como ocurre con los pacientes, hemos visto frentes del tumor que sueltan células que escaparían a la cirugía”, señala Valiente. Uno de los objetivos del CNIO es saber si la información que aporta la sonda permite “diferenciar diversas entidades oncológicas, por ejemplo, los tipos de metástasis acorde a sus perfiles mutacionales, por su origen primario o procedente de diferentes tipos de tumores cerebrales”.
Por su parte, el grupo del Instituto Cajal ha utilizado la técnica para investigar las zonas epileptógenas que rodean un traumatismo craneoencefálico. “Pudimos identificar diferentes perfiles vibracionales en las mismas regiones cerebrales susceptibles de generar crisis epilépticas, dependiendo de su asociación a un tumor o a un traumatismo. Esto sugiere que las sombras moleculares de estas áreas están afectadas de manera diferente, y pueden ser usadas para separar diferentes entidades patológicas mediante algoritmos de clasificación automática incluyendo inteligencia artificial”, explica Liset Menéndez de la Prida.
“La integración de espectroscopía vibracional con otras modalidades de registro de la actividad cerebral y el análisis computacional avanzado con inteligencia artificial nos va a permitir identificar nuevos marcadores diagnósticos de alta precisión, lo que facilitará el desarrollo de neurotecnologías avanzadas para nuevas aplicaciones biomédicas”, resume la investigadora del CSIC.