Investigadores del Brigham and Women's Hospital y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han revelado imágenes detalladas sin precedentes del tejido canceroso cerebral mediante el uso de una nueva tecnología de microscopía llamada patología de expansión de despoblamiento (dExPath). Sus hallazgos, publicados en Science Translational Medicina , proporcionan conocimientos novedosos sobre el desarrollo del cáncer cerebral, con implicaciones potenciales para avanzar en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades neurológicas agresivas.
"En el pasado, hemos dependido de microscopios costosos y de superresolución que sólo los laboratorios muy bien financiados podían permitirse, requerían capacitación especializada para su uso y, a menudo, no son prácticos para análisis de alto rendimiento de tejidos cerebrales a nivel molecular", dijo. Pablo Valdés, MD, Ph.D., ex alumno residente de neurocirugía en Brigham y autor principal del estudio. "Esta tecnología aporta imágenes fiables y de súper resolución a la clínica, lo que permite a los científicos estudiar enfermedades neurológicas a un nivel de nanoescala nunca antes alcanzado en muestras clínicas convencionales con microscopios convencionales".
Anteriormente, los investigadores dependían de microscopios costosos y de súper alta resolución para obtener imágenes de estructuras a nanoescala en células y tejido cerebral, e incluso con la tecnología más avanzada, a menudo tenían dificultades para capturar eficazmente estas estructuras a nivel de nanoescala.
Ed Boyden, Ph.D., profesor Y. Eva Tan de Neurotecnología en el MIT y coautor principal de este estudio, comenzó a abordar este problema etiquetando tejidos y luego modificándolos químicamente para permitir una expansión física uniforme de los tejidos. Sin embargo, esta tecnología de expansión estaba lejos de ser perfecta. Basándose en enzimas conocidas como proteasas para descomponer el tejido, los científicos descubrieron que este tratamiento químico con enzimas destruía las proteínas antes de que pudieran analizarlas, dejando solo un esqueleto de la estructura original, conservando solo las etiquetas.
Trabajando juntos, Boyden y E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., catedrático de neurocirugía en Brigham and Women's Hospital y coautor principal de este estudio, asesoraron a Valdés durante su formación como neurocirujano-científico para desarrollar nuevas químicas con dExPath. para abordar las limitaciones de la tecnología de expansión original.
Su nueva tecnología modifica químicamente los tejidos incrustándolos en un gel y "ablandándolos" con un tratamiento químico especial que separa las estructuras proteicas sin destruirlas y que permite que los tejidos se expandan. Esto proporcionó hallazgos interesantes a los investigadores del MIT y Brigham, quienes utilizan habitualmente anticuerpos disponibles comercialmente para unirse e iluminar biomarcadores en una muestra.
Los anticuerpos, sin embargo, son grandes y muchas veces no pueden penetrar fácilmente las estructuras celulares para alcanzar su objetivo. Ahora, al separar las proteínas con dExPath, estos mismos anticuerpos utilizados para la tinción pueden penetrar espacios para unir proteínas en el tejido a los que no se podía acceder antes de la expansión, resaltando estructuras de tamaño nanométrico o incluso poblaciones de células que antes estaban ocultas.
"El cerebro humano tiene varias barreras protectoras para protegerse de patógenos y toxinas ambientales. Pero estos elementos dificultan el estudio de la actividad cerebral. Puede ser como conducir un automóvil a través de barro y zanjas. No podemos acceder a ciertas estructuras celulares en el cerebro. cerebro debido a las barreras que se interponen en el camino", dijo E. Antonio Chiocca, MD, Ph.D., presidente del Departamento de Neurocirugía del Brigham. "Esa es una de las razones por las que esta nueva tecnología podría cambiar tanto la práctica. Si podemos tomar imágenes más detalladas y precisas del tejido cerebral, podemos identificar más biomarcadores y estar mejor equipados para diagnosticar y tratar enfermedades cerebrales agresivas".
Para validar la eficacia de dExPath, el equipo de Boyden y Chiocca aplicó la tecnología a tejido cerebral humano sano, tejidos de cáncer cerebral de alto y bajo grado y tejidos cerebrales afectados por enfermedades neurodegenerativas, incluidas las enfermedades de Alzheimer y Parkinson. Los investigadores tiñeron tejido en busca de biomarcadores cerebrales y de enfermedades específicas y capturaron imágenes antes y después de expandir las muestras con dExPath.
Los resultados revelaron una expansión uniforme y consistente del tejido sin distorsión, lo que permitió un análisis preciso de las estructuras de las proteínas. Además, dExPath eliminó eficazmente las señales fluorescentes en el tejido cerebral llamadas lipofuscina, lo que dificulta mucho la obtención de imágenes de estructuras subcelulares en los tejidos cerebrales, lo que mejora aún más la calidad de la imagen. Además, dExPath proporcionó señales fluorescentes más potentes para mejorar el etiquetado, así como el etiquetado simultáneo de hasta 16 biomarcadores en la misma muestra de tejido. En particular, las imágenes dExPath revelaron que los tumores previamente clasificados como "de bajo grado" contenían características y poblaciones de células más agresivas, lo que sugiere que el tumor podría volverse mucho más peligroso de lo previsto.
