Los investigadores del MIT han desarrollado una nueva técnica para obtener imágenes del tejido cerebral a múltiples escalas, lo que les permite observar las moléculas dentro de las células o tener una visión más amplia de las conexiones de largo alcance entre las neuronas.
Esta técnica, conocida como análisis magnificado del proteoma MAP, debería ayudar a los científicos en sus esfuerzos continuos para trazar la conectividad y las funciones de las neuronas en el cerebro humano, dice Kwanghun Chung, profesor asistente Samuel A. Goldblith en el Departamento deIngeniería Química, y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencia Médica del MIT IMES y del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.
"Usamos un proceso químico para hacer que todo el cerebro sea ajustable en tamaño, al tiempo que conservamos casi todo. Preservamos el proteoma la colección de proteínas que se encuentra en una muestra biológica, preservamos los detalles nanoscópicos y también preservamos el cerebro.conectividad amplia ", dice Chung, autor principal de un artículo que describe el método en la edición del 25 de julio de Biotecnología de la naturaleza .
Los investigadores también demostraron que la técnica es aplicable a otros órganos como el corazón, los pulmones, el hígado y los riñones.
Los autores principales del artículo son el postdoc Taeyun Ku, el estudiante graduado Justin Swaney y el académico visitante Jeong-Yoon Park.
imagen a escala múltiple
La nueva técnica MAP se basa en un método de transformación de tejido conocido como CLARITY, que Chung desarrolló como postdoctorado en la Universidad de Stanford. CLARITY preserva las células y las moléculas en el tejido cerebral y las hace transparentes para que las moléculas dentro de la célula puedan ser visualizadas en 3D. En el nuevo estudio, Chung buscó una forma de obtener imágenes del cerebro a múltiples escalas, dentro de la misma muestra de tejido.
"No existe una tecnología efectiva que le permita obtener este detalle multinivel, desde la conectividad de la región del cerebro hasta los detalles subcelulares, más la información molecular", dice.
Para lograr eso, los investigadores desarrollaron un método para expandir reversiblemente muestras de tejido de una manera que preserva casi todas las proteínas dentro de las células. Esas proteínas pueden ser marcadas con moléculas fluorescentes e imágenes.
La técnica se basa en inundar el tejido cerebral con polímeros de acrilamida, que pueden formar un gel denso. En este caso, el gel es 10 veces más denso que el utilizado para la técnica CLARITY, lo que le da a la muestra mucha más estabilidad. Esta estabilidadpermite a los investigadores desnaturalizar y disociar las proteínas dentro de las células sin destruir la integridad estructural de la muestra de tejido.
Antes de desnaturalizar las proteínas, los investigadores las unen al gel usando formaldehído, como hizo Chung en el método CLARITY. Una vez que las proteínas se unen y desnaturalizan, el gel expande la muestra de tejido a cuatro o cinco veces su tamaño original.
"Es reversible y puedes hacerlo muchas veces", dice Chung. "Luego puedes usar marcadores moleculares disponibles en el mercado como los anticuerpos para etiquetar y visualizar la distribución de todas estas biomoléculas conservadas".
Hay cientos de miles de anticuerpos disponibles en el mercado que se pueden usar para marcar fluorescentemente proteínas específicas. En este estudio, los investigadores tomaron imágenes de las estructuras neuronales como los axones y las sinapsis marcando las proteínas que se encuentran en esas estructuras, y también etiquetaron las proteínas que permitenpara distinguir las neuronas de las células gliales.
"Podemos usar estos anticuerpos para visualizar cualquier estructura o molécula objetivo", dice Chung. "Podemos visualizar diferentes tipos de neuronas y sus proyecciones para ver su conectividad. También podemos visualizar moléculas de señalización o proteínas funcionalmente importantes".
alta resolución
Una vez que el tejido se expande, los investigadores pueden usar cualquiera de varios microscopios comunes para obtener imágenes con una resolución de hasta 60 nanómetros, mucho mejor que el límite habitual de 200 a 250 nanómetros de microscopios de luz, que están limitados por ellongitud de onda de la luz visible. Los investigadores también demostraron que este enfoque funciona con muestras de tejido relativamente grandes, de hasta 2 milímetros de grosor.
"Esta es, hasta donde yo sé, la primera demostración de imágenes de alta resolución proteómica de muestras a escala milimétrica", dice Chung.
Actualmente, los esfuerzos para mapear las conexiones del cerebro humano dependen de la microscopía electrónica, pero Chung y sus colegas demostraron que la técnica de imágenes de MAP de alta resolución puede rastrear esas conexiones con mayor precisión.
El laboratorio de Chung ahora está trabajando para acelerar el procesamiento de imágenes y el procesamiento de imágenes, lo cual es un desafío porque hay muchos datos generados al obtener imágenes de las muestras de tejido expandido
"Ya es más fácil que otras técnicas porque el proceso es realmente simple y puedes usar marcadores moleculares listos para usar, pero estamos tratando de hacerlo aún más simple", dice Chung.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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