Una técnica de conservación tisular permite a un equipo de investigadores del MIT crear mapas de circuitos neuronales con resolución célula a célula.

Un equipo de ingenieros químicos y neurocientíficos del MIT han ideado una nueva forma de preservar el tejido biológico, permitiéndoles visualizar proteínas, ADN y otras moléculas dentro de las células y, ademá, mapear las conexiones entre las neuronas.

Los investigadores demostraron que podían usar este método, conocido como SHIELD, para rastrear las conexiones entre las neuronas de una parte del cerebro.

Por primera vez se ha podido mapear la conectividad de estas neuronas a una resolución célula por célula, según el artículo publicado por Chung en la edición del 17 de diciembre de Nature Biotechnology.

Preservación de la información

El tejido cerebral es muy delicado y no se puede estudiar fácilmente a menos que se tomen medidas para preservarlo del daño producido por el estudio. Chung y otros investigadores han desarrollado técnicas que les permiten preservar ciertos componentes moleculares del tejido cerebral para investigación, incluidas las proteínas o el ARN mensajero, que revela qué genes están activados.

Chung y sus colegas plantearon la hipótesis de que podrían preservar mejor el tejido neuronal utilizando moléculas llamadas poliepóxidos, moléculas orgánicas reactivas que a menudo se usan para producir pegamentos. Probaron varios poliepóxidos disponibles comercialmente y descubrieron uno que tenía rasgos estructurales distintivos que lo hacían ideal para sus propósitos.

El epóxido que eligieron tiene un esqueleto flexible y cinco ramas, cada una de las cuales puede unirse a ciertos aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas), así como a otras moléculas como el ADN y el ARN. La espina dorsal flexible permite que los epóxidos se unan a varios puntos a lo largo de las moléculas diana y formen enlaces cruzados con biomoléculas cercanas. Esto hace que las biomoléculas individuales y toda la estructura del tejido sean muy estables y resistentes al daño causado por el calor, el ácido u otros agentes dañinos. SHIELD también protege las propiedades clave de las biomoléculas, como la proteína fluorescente y la antigenicidad.

Para proteger los tejidos cerebrales a gran escala y las muestras clínicas, los investigadores combinaron SHIELD con SWITCH, otra técnica que desarrollaron para controlar la velocidad de reacción química. Primero usan el tampón SWITCH-OFF, que detiene las reacciones químicas, para que los epóxidos se difundan por todo el tejido. Cuando los investigadores mueven la muestra a la condición SWITCH-ON, los epóxidos comienzan a unirse a las moléculas cercanas.

Para acelerar el proceso de limpieza y etiquetado del tejido protegido con SHIELD, los investigadores también aplicaron un campo eléctrico que cambia aleatoriamente, y que mostraron que aumenta la velocidad de transporte de las moléculas. En este documento, mostraron que el proceso completo, desde la preservación hasta el etiquetado del tejido de la biopsia, podría realizarse en solo cuatro horas.

Una vez que se conserva el tejido, los investigadores pueden etiquetar una variedad de diferentes objetivos, incluidas las proteínas y el ARNm producido por las células. También pueden aplicar técnicas como MAP.

En el presente artículo, los investigadores usaron SHIELD para mapear un circuito cerebral de una región, que participa en el control motor y otras conductas.

Mejores biopsias

La velocidad con la que SHIELD procesa los tejidos es una buena oportunidad para la realización de biopsias rápidas. Los métodos actuales requieren la inclusión del tejido en parafina, su corte y posterior tinción que pueda revelar las anomalías celulares y tisulares.

Mediante la nueva técnica SHIELD, se pueden procesar rápidamente muestras de biopsias intactas e inmuno-etiquetarlas con anticuerpos específicos, clínicamente relevantes, para luego visualizarlo todo en alta resolución, en tres dimensiones y todo en cuatro horas.

En su artículo, los investigadores demostraron que podían etiquetar el tumor renal de ratón con un anticuerpo que se dirige a las células cancerosas en proliferación.

Referencias

  1. Trafton A. Mapping the brain, cell by cell. MIT News Office. Dec 17, 2018
  2. Young-Gyun Park y cols. Protection of tissue physicochemical properties using polyfunctional crosslinkers. Nature Biotechnology. Dec 17, 2018

Créditos