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Los resultados de este estudio fueron publicados originalmente por la Revista Nature

Cultura - El Mostrador

Científicos crean cerebro traslúcido para estudiar los secretos de la mente

por 23 septiembre, 2014

Científicos crean cerebro traslúcido para estudiar los secretos de la mente
En el primer capítulo del Ciclo "Los Misterios del Cerebro", los científicos del Centro Interdisciplinario de Neurociencias de Valparaíso (CNIV) interpretan en este artículo las investigaciones de un equipo de bioingeniería de la Universidad de Stanford, que mediante un proceso llamado CLARITY, lograron extraer los lípidos del tejido cerebral, obteniendo como resultado un cerebro completamente transparente. Esta técnica permitiría avanzar, mediante imágenes 3D, en el conocimiento de la morfología tridimensional del principal y hasta ahora más desconocido órgano del ser humano.
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El cerebro esconde grandes misterios estructurales y funcionales y es un desafío de los neurocientistas poder esclarecerlos. Un equipo multidisciplinario de Investigadores de la Universidad de Stanford logró obtener un cerebro completo totalmente transparente a través de una técnica que bautizaron como “CLARITY”. Parece sorprendente, pero utilizando la Bioingeniería fueron capaces de transparentar el órgano completo. De esta manera pudieron estudiar en detalle, a través imágenes en tres dimensiones (3D), las diferentes estructuras que lo conforman mediante técnicas de microscopía. Esta técnica abre un enorme camino hacia el estudio de estructuras subcelulares en un tejido u órgano completo.

Este gran avance en el campo de la bioingeniería y la neurociencia, puede ser utilizado para estudiar en detalle el cerebro humano usando muestras extraídas post mórtem y tejido conservado en formaldehido por largos periodos.Una de las aplicaciones más destacables es que se podría estudiar una amplia variedad de muestras clínicas. Así, esta técnica es una herramienta muy importante para que los científicos puedan entender aún más la morfología y topología tridimensional de diferentes estructuras de un cerebro sano o cambios morfológicos en enfermedades tales como autismo, depresión o adicción.

¿Cómo lo hicieron?

Los investigadores diseñaron un protocolo en el que sometieron el cerebro completo a una infusión de Formaldehido (Formalina) e hidrogel a una temperatura de 4°C. El formaldehido es una molécula que se unirá a todas las macromoléculas presentes en el tejido; tales como proteínas, ácidos nucleicos y pequeñas moléculas; a través de un proceso químico que forma entrecruzamientos (crosslinking) de las mismas, sin unión a lípidos. Al aumentar la temperatura a 37°C, el hidrogel comenzará a polimerizar, uniéndose a la molécula de formaldehido formando finalmente una estructura híbrida con las diferentes moléculas, denominada malla de hidrogel. Esta malla de hidrogel soporta físicamente toda la estructura del tejido incorporando las biomoléculas presentes.

Un problema recurrente es la presencia de lípidos pertenecientes a las membranas, ya que producen dispersión de la luz, lo que quita transparencia al tejido y produce impermeabilidad a diferentes moléculas como anticuerpos y marcadores.

Para eliminar este problema, los científicos diseñaron una metodología llamada “aclaramiento electroforético del tejido”. Así pueden eliminar los lípidos y ahorran mucho tiempo, pues no utilizan la extracción de lípidos por solventes orgánicos, que podría tomar meses.

De esta manera, obtienen una malla de hidrogel que soporta toda la estructura molecular del tejido. Esto es muy ventajoso para los investigadores, ya que al tener solo la malla y las biomoléculas sin la interferencia de los lípidos, pueden realizar marcajes específicos a través de anticuerpos, los que pueden ser eliminados (eluidos) y el tejido puede ser nuevamente incubado con otro anticuerpo para observar otras estructuras del tejido.

¿Cuáles son las ventajas?

Utilizando la técnica CLARITY, la pérdida de proteína del tejido completo es mínima. Esto indica que la malla de hidrogel formada es muy estable y preserva la estructura molecular del tejido.

Al no poseer lípidos, la permeabilidad del tejido aumenta. Esto hace posible que se puedan utilizar diferentes marcadores para detectar una amplia variedad de blancos moleculares, puesto que se pueden realizar reconstrucciones de imágenes en 3D en las cuales se pueden identificar moléculas como el ADN, proteínas sinápticas y neurotransmisores como GABA (ácido-ƴ-aminobutírico).

Todo eso es posible porque, sorprendentemente, se pueden realizar imágenes del cerebro completo y no es necesario realizar cortes finos al tejido que puedan deformarlo o entregar información incierta en las imágenes. Esta técnica preserva toda la estructura, permitiéndonos, por ejemplo, estudiar el trayecto de solo un axón por todo el tejido y, además, nos entrega valiosa información acerca de la morfología tridimensional y topológica de las diferentes células de interés presentes en el cerebro.

¿Cuáles son las posibles aplicaciones?

Este gran avance en el campo de la bioingeniería y la neurociencia, puede ser utilizado para estudiar en detalle el cerebro humano usando muestras extraídas post mórtem y tejido conservado en formaldehido por largos periodos.

Una de las aplicaciones más destacables es que se podría estudiar una amplia variedad de muestras clínicas. Así, esta técnica es una herramienta muy importante para que los científicos puedan entender aún más la morfología y topología tridimensional de diferentes estructuras de un cerebro sano o cambios morfológicos en enfermedades tales como autismo, depresión o adicción

 

Artículo Original: http://www.nature.com/nature/journal/v497/n7449/full/nature12107.html

* La imagen de portada es de referencia

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