Muy pronto podremos por fin asomarnos a los meandros del cerebro humano como nunca antes y observar todo lo que hay en su interior. Así lo ha afirmado un equipo de investigadores coordinado por el Instituto Picower de Aprendizaje y Memoria del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) que, utilizando tecnologías cada vez más sofisticadas e innovadoras, ha logrado procesar con precisión, etiquetar con detalle y visualizar con nitidez hemisferios enteros del cerebro. El estudio fue publicado en la revista Science.
No hay un mapa completo del cerebro
«Hemos obtenido imágenes de tejido cerebral humano con múltiples resoluciones, desde sinapsis individuales hasta hemisferios cerebrales enteros, y hemos puesto los datos a disposición del público», comentó Kwanghun Chung, uno de los autores del estudio. «Esta plataforma nos permite realmente analizar el cerebro humano a múltiples escalas y puede utilizarse para cartografiarlo por completo». El nuevo estudio, por tanto, no presenta ya un mapa completo o un atlas de todo el cerebro, en el que se identifique y analice cada célula, circuito y proteína, sino que muestra cómo esta nueva plataforma, que combina tres tecnologías innovadoras, puede permitirlo.
Las tres tecnologías clave
El equipo de investigación que ha logrado estos resultados está formado por Ji Wang, ingeniero mecánico que desarrolló el «Megatomo», un dispositivo para cortar los hemisferios del cerebro humano con tanta finura que no resulten dañados. Juhyuk Park, ingeniero de materiales que desarrolló la química que hace que cada porción del cerebro sea transparente, flexible, duradera, expandible y etiquetada rápida, uniforme y repetidamente, en una tecnología llamada «mElast». Por último, Webster Guan, ingeniero químico del MIT, creó un sistema computacional llamado «Unslice» que puede reunificar perfectamente las placas para reconstruir cada hemisferio en 3D hasta la alineación precisa de los vasos sanguíneos individuales y los axones neuronales, los largos filamentos que se extienden para establecer conexiones con otras neuronas.
La nueva plataforma
Esta combinación de tecnologías permite analizar muestras de tejido sin degradarlas. Al contrario, las hace extremadamente duraderas y pueden analizarse una y otra vez, potencialmente durante años y años. Además, la escalabilidad y el rendimiento relativamente altos de la plataforma (obtener imágenes de todo un hemisferio cerebral una vez preparado lleva 100 horas en lugar de muchos meses) permiten crear muchas muestras para representar diferentes sexos, edades, estados de enfermedad y otros factores que pueden abrir la puerta a comparaciones más sólidas con mayor potencia estadística. «Necesitamos poder ver todos estos componentes funcionales diferentes (células, su morfología y su conectividad, arquitecturas subcelulares y sus conexiones sinápticas individuales) idealmente dentro del mismo cerebro, teniendo en cuenta la gran variabilidad individual del cerebro humano», aclara Chung. «Esta plataforma nos permite extraer todas estas importantes funcionalidades del mismo cerebro de forma totalmente integrada».
Estudiar el Alzheimer y más
Los investigadores decidieron probar la plataforma examinando muestras de tejido de dos cerebros humanos, uno sano y otro afectado por Alzheimer y buscar dónde se produce la mayor pérdida de neuronas. «Identificamos regiones del cerebro con una pérdida neuronal sustancial, así que vimos qué ocurría allí. Profundizamos más», explicó Chung. «La plataforma nos permitió un acceso casi ilimitado al tejido y una de las muchas observaciones que hicimos fue que la pérdida de sinapsis se concentraba en zonas donde había una superposición directa con las placas amiloides. Fuera de las zonas de placas, la densidad de sinapsis era tan alta en el cerebro con Alzheimer como en el cerebro sin la enfermedad». Con apenas dos muestras, señaló el experto, el estudio no ofrece conclusiones sobre la naturaleza de la enfermedad de Alzheimer, por supuesto, pero la cuestión es que ahora existe la capacidad de analizar en profundidad hemisferios enteros del cerebro humano para permitir exactamente ese tipo de investigación. Por último, la plataforma es igualmente aplicable a muchos otros tejidos del cuerpo, no solamente al cerebro. Prevemos que esta plataforma tecnológica escalable mejorará nuestra comprensión de la función de los órganos humanos y los mecanismos de las enfermedades para el desarrollo de nuevas terapias», concluyen los autores.
Artículo publicado originalmente en WIRED Italia. Adaptado por Mauricio Serfatty Godoy.