Mirando profundamente a los animales

04.06.2020 - Austria

Los avances en la investigación de la neurociencia y la microscopía: Los investigadores miran profundamente en los órganos y sistemas nerviosos de los animales, desde calamares y gusanos hasta peces y salamandras.

El análisis de células individuales en el contexto de órganos o tejidos enteros es cada vez más importante en la biología. Un enfoque estándar hasta ahora era cortar los tejidos más grandes en capas delgadas, estudiar cada una de estas secciones, y luego volver a juntar la información en un modelo 3D. Sin embargo, este es un proceso laborioso, y a menudo produce resultados incompletos. Por ejemplo, las células que conforman nuestro sistema nervioso poseen largas extensiones que pueden alcanzar todo el cuerpo. Reconstruir tales proyecciones a partir de pequeñas rebanadas es extremadamente difícil.

Una solución elegante para evitarlo es la que proporcionan las técnicas de limpieza de tejidos que pueden hacer transparentes los tejidos opacos. Cuando se aplican a tejidos complejos, incluyendo el cerebro, tales técnicas permiten visualizar las células individuales y sus extensiones, permitiendo a los científicos capturar imágenes en 3D de las células y los tejidos sin necesidad de seccionarlos. Sin embargo, las técnicas de limpieza existentes hasta ahora no se han optimizado para eliminar una variedad de pigmentos presentes en los tejidos, y eso limita la profundidad a la que se pueden visualizar estos especímenes. Por lo tanto, a pesar de la potencia de los métodos de limpieza de tejidos, éstos han permanecido esencialmente restringidos a órganos específicos no pigmentados como el cerebro, y a un puñado de especies modelo que han reducido la pigmentación.

En un esfuerzo de equipo, los investigadores de los laboratorios Max Perutz, la Universidad Médica de Viena y la TU Wien (Viena) y sus colaboradores han desarrollado ahora un nuevo método que combina la limpieza de los tejidos con la eliminación de varios tipos de pigmentos, ya que son característicos de la mayoría de los animales. Este nuevo enfoque, denominado "DEEP-Clear", se ha publicado ahora en la revista internacional "Science Advances".

Un conjunto de herramientas para la obtención de imágenes de biomoléculas en un amplio panel de especies

Una observación importante que ayudó a desarrollar el nuevo método fue que la combinación de diferentes tratamientos químicos tuvo un efecto sinérgico, permitiendo una rápida despigmentación y limpieza de los tejidos. "Acortar el procesamiento químico preserva la integridad de los tejidos y los organismos, de modo que es más probable que las moléculas y las estructuras internas de interés se mantengan", explica Marko Pende, el desarrollador del método de limpieza, del laboratorio de Hans-Ulrich Dodt en la Universidad Técnica de Viena y el Centro de Investigación Cerebral (CBR) de la Universidad Médica de Viena, y uno de los primeros autores del estudio. De esta manera, se pudieron visualizar múltiples organismos de diferentes clados, desde moluscos a peces óseos y anfibios. "Estos son sólo algunos ejemplos. Creemos que el método es aplicable a múltiples organismos. Simplemente no se ha probado todavía", explica el Prof. Hans Ulrich Dodt, autor principal del estudio.

A continuación, el equipo exploró sistemáticamente qué tipos de moléculas podrían seguir siendo marcadas y detectadas en las muestras procesadas por DEEP-Clear, investigando especies que van desde calamares y gusanos hasta peces y salamandras. Este trabajo, realizado en gran parte por el estudiante de doctorado Karim Vadiwala en el laboratorio de Florian Raible en los laboratorios Max Perutz, demostró que DEEP-Clear era compatible con la detección con una variedad de biomoléculas importantes, lo que permitía obtener imágenes de proteínas específicas, marcadores de ADN y ARN en muestras intactas. "Esta versatilidad de DEEP-Clear lo convierte en una herramienta muy atractiva para explorar una gama de animales para los que las técnicas estándar de limpieza de tejidos no serían suficientes en la actualidad", explica Karim Vadiwala (Max Perutz Labs).

Una vista en 3D de animales enteros para explorar los sistemas nerviosos y la biología de las células madre.

Además de su compatibilidad con muchas especies, otra característica atractiva de DEEP-Clear es que la transparencia de los organismos procesados permite obtener imágenes de las muestras a través de las escalas: Por un lado, el equipo examinó detalles muy pequeños como puntos de contacto entre neuronas, o grupos individuales de células en división. Por otro lado, aprovecharon la última generación de los llamados microscopios de hoja de luz desarrollados por el laboratorio Dodt, en los que se utiliza luz láser bidimensional para escanear rápidamente una muestra completa, lo que da como resultado un modelo tridimensional completo creado en el ordenador. "El uso de una hoja de luz muy fina nos permite superar muchas limitaciones ópticas y nos permite generar tales imágenes de alta resolución, incluso de muestras de varios milímetros de espesor", dice el diseñador de los microscopios, el Dr. Saiedeh Saghafi (TU Wien).

La expectativa del equipo es que "DEEP-Clear" sirva para popularizar la limpieza de tejidos, permitiendo a los investigadores de todo el mundo intensificar la investigación molecular y celular en una variedad de especies que exhiben características neurocientíficas muy interesantes, pero poco exploradas. Por ejemplo, los gusanos, los peces y las salamandras pueden regenerar partes de su sistema nervioso central, lo que sugiere que poseen capacidades moleculares que los humanos y otros mamíferos han perdido. "La visualización de las células madre responsables y la investigación de su composición molecular, o su contribución al tejido regenerado, se verá facilitada en gran medida por DEEP-Clear", cree el Dr. Florian Raible (Max Perutz Labs), que coordinó el estudio en el que también participaron otros investigadores en los grupos del Dr. Oleg Simakov (Uni Viena) y la Dra. Elly Tanaka (Instituto de Investigación de Patología Molecular).

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