Una novedosa tecnología de ómica espacial permite investigar enfermedades en sus fases iniciales
¿Cómo se puede rastrear una sola célula enferma en un cerebro intacto o en un corazón humano?
La búsqueda se asemeja a buscar una aguja en un pajar. Los equipos de Ali Ertürk, del Helmholtz de Múnich y la LMU de Múnich, y Matthias Mann, del Instituto Max Planck de Bioquímica de Martinsried, cerca de Múnich, han desarrollado ahora una nueva tecnología denominada DISCO-MS que resuelve el problema. DISCO-MS utiliza tecnología robótica para obtener datos proteómicos de células "enfermas" identificadas con precisión en una fase temprana de la enfermedad.
La imagen muestra las regiones aórticas de un corazón humano cuyas placas vasculares se analizaron mediante la tecnología DISCO-MS.
Helmholtz Munich, Harsharan Singh Bhatia and Ali Ertürk
La mayoría de las enfermedades son asintomáticas al principio y las personas afectadas suelen sentirse bien: los síntomas aún no están presentes o son demasiado leves para darse cuenta. Sin embargo, ya se ha producido un cambio en el organismo: puede que un virus haya empezado a replicarse o que una célula rebelde se haya dividido más de lo debido. Pero, ¿cómo pueden percibirse estos cambios?
Los investigadores se enfrentan a un dilema similar cuando estudian el desarrollo temprano de las enfermedades. Incluso cuando trabajan con modelos animales, los científicos rara vez pueden señalar los pequeños puntos de inicio de la enfermedad o caracterizar los cambios moleculares exactos que impulsan su progresión.
Con el desarrollo de DISCO-MS por los equipos de investigación de Ertürk y Mann en Alemania, esta tarea se ha vuelto mucho más fácil. DISCO-MS combina métodos para hacer transparentes los tejidos humanos y de ratón con las últimas tecnologías robóticas y proteómicas para determinar su composición molecular.
DISCO-MS: transparencia para detectar cambios moleculares tempranos
DISCO-MS comienza con la denominada limpieza tisular DISCO, que vuelve transparente el cuerpo del ratón o los órganos humanos, haciéndolos accesibles para la obtención de imágenes. De este modo, las células marcadas con fluorescencia pueden identificarse fácilmente en tejidos intactos de lugares específicos mediante microscopía tridimensional de alta resolución.
Una vez identificadas las regiones de interés, se aíslan utilizando una nueva tecnología robótica denominada DISCO-bot, desarrollada por el ingeniero mecánico Furkan Öztürk, estudiante de doctorado en el laboratorio de Ertürk. Los tejidos extraídos con ayuda del robot se procesan para analizar su proteoma mediante métodos avanzados de espectrometría de masas (EM) desarrollados por Andreas-David Brunner, antiguo estudiante de doctorado en el laboratorio de Mann. Este enfoque de alta tecnología permite la caracterización molecular completa de cualquier región tisular deseada identificada en 3D en cuerpos enteros de ratones u órganos humanos.
La detección precoz atrapa las enfermedades
Para demostrar la potencia del método, el primer autor, Harsharan Singh Bhatia, y sus colegas aplicaron DISCO-MS al modelo de ratón de la enfermedad de Alzheimer (EA) y a las placas ateroscleróticas (endurecimiento y estrechamiento patológicos de los vasos sanguíneos) en el corazón humano. En las muestras de tejido del modelo de EA, el equipo aplicó inteligencia artificial (IA) para identificar las placas típicas de la EA en las primeras fases de la enfermedad, difíciles de detectar por cualquier otro método. Los subsiguientes análisis proteómicos de las placas proporcionaron un estudio imparcial y a gran escala de las proteínas afectadas en la EA, revelando nuevos actores moleculares que podrían ser biomarcadores de la enfermedad de Alzheimer.
En el corazón humano, los investigadores se interesaron por la composición de los tejidos que rodean las placas ateroscleróticas, rápidamente visibles tras la limpieza del tejido. La detección mediante IA y la extracción robótica de los tejidos permitieron de nuevo identificar vías moleculares desreguladas en las células del corazón humano relacionadas con las placas aórticas. Estos resultados son hallazgos clave, ya que constituyen la base de posibles dianas terapéuticas.
DISCO-MS es la primera tecnología de ómica espacial en volúmenes 3D intactos y acelera el estudio de enfermedades complicadas, desde el cáncer hasta los trastornos metabólicos. Como DISCO-MS trabaja con tejidos preclínicos y clínicos, permite estudiar las enfermedades en sus fases más tempranas y, posteriormente, desarrollar nuevas terapias potenciales.
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