Cuando hay que resolver un problema molesto, las personas a veces ofrecen consejos metafóricos como "estirar la mente" o participar en un pensamiento "flexible", pero al enfrentar un problema que enfrentan muchos laboratorios de investigación biomédica, un equipo de investigadores del MIT ha diseñado unsolución que es mucho más literal: para facilitar la obtención de imágenes de células y moléculas en el cerebro y otros tejidos grandes y al mismo tiempo hacer que las muestras sean lo suficientemente resistentes para años de manipulación en el laboratorio, han creado un proceso químico que hace que el tejido sea estirable, compresible y bonitomucho indestructible
tecnología "ELAST", descrita en un nuevo artículo en Métodos de la naturaleza , proporciona a los científicos una forma muy rápida de etiquetar fluorescentemente células, proteínas, material genético y otras moléculas dentro de cerebros, riñones, pulmones, corazones y otros órganos. Esto se debe a que cuando tales tejidos pueden estirarse o aplastarse, las sondas de etiquetado puedeninfúndalos mucho más rápidamente. Varias demostraciones en el documento muestran que incluso después de repetidas expansiones o compresiones para acelerar el etiquetado, los tejidos vuelven a su forma original sin alteraciones, excepto por las nuevas etiquetas.
El laboratorio de Kwanghun Chung, profesor asociado de ingeniería química y miembro del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia del MIT, y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria, desarrollaron ELAST en medio de un proyecto de cinco años, financiado por los Institutos Nacionalesof Health, para hacer el mapa más completo hasta la fecha de todo el cerebro humano. Eso requiere poder etiquetar y escanear cada detalle celular y molecular fino en las losas más gruesas posibles para preservar la estructura 3D. También significa que el laboratorio debe ser capaz de mantenermuestras perfectamente intactas durante años, incluso cuando deben realizar numerosas rondas individuales de etiquetado de manera rápida y eficiente. Cada ronda de etiquetado, tal vez un tipo particular de neurona algún día, o una proteína clave al siguiente, les dirá algo nuevo sobre cómoel cerebro está estructurado y cómo funciona
"Cuando las personas donan su cerebro, es como si estuvieran donando una biblioteca", dijo Chung. "Cada una contiene información valiosa de la biblioteca. No se puede acceder a todos los libros de la biblioteca al mismo tiempo. Tenemos que hacerlo repetidamentepoder acceder a la biblioteca sin dañarla. Cada uno de estos cerebros es un recurso extremadamente valioso ".
El ex postdoc de laboratorio Taeyun Ku, ahora profesor asistente en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, es el autor principal del estudio. Dijo la dificultad particular de trabajar con tejidos humanos, que por supuesto son mucho más grandes que los de animales de laboratoriocomo los ratones, lo inspiraron a adoptar este nuevo enfoque de ingeniería. Una noche en el laboratorio, cerca de la Navidad de 2017, dijo, estaba reflexionando sobre cómo transformar el tejido para un etiquetado más rápido y comenzó a jugar con la compresión repetida de un gel elástico.
"Cambiamos nuestra forma de pensar: el tejido biológico no necesita ser muy biológico", dijo Ku. "Si nuestro objetivo no es crear imágenes de eventos vivos sino imágenes de apariencias, podemos cambiar el tipo de material del tejido mientrasmanteniendo las apariencias. Nuestro trabajo muestra cómo la ingeniería del cerebro de nivel superior nos permite ver mejor qué hay dentro del cerebro ".
enlaces enredados
Los esfuerzos del equipo para diseñar ELAST se redujeron a encontrar la formulación correcta de una sustancia química similar a un gel llamada poliacrilamida. En el pasado, Chung ha utilizado la sustancia en una formulación diferente con productos químicos reticulantes para hacer que los tejidos sean fuertes pero bastante frágiles, dijo el estudio.-autor Webster Guan, un estudiante graduado de ingeniería química. Cuando esa formulación infundiera los tejidos, las células y las moléculas se unirían directamente a una malla en forma de rejilla.
En la nueva formulación, el equipo usó una alta concentración de acrilamida con mucho menos reticulante e iniciador. El resultado fue un enredo de largas cadenas de polímero con enlaces que pueden deslizarse, dando al gel una integridad estructural pero con mucho másflexibilidad. Además, en lugar de unirse a las cadenas, dijo Guan, las células y moléculas del tejido simplemente se enredan dentro de él, lo que aumenta aún más la capacidad de los tejidos con infusión de acrilamida para resistir el estiramiento o aplastamiento sin que nada se rompa o se desplace permanentementeen el proceso.
En el estudio, el equipo informa que estira los tejidos del cerebro humano o del ratón al doble de su ancho y largo simultáneamente o que comprime su grosor 10 veces prácticamente sin distorsión después de volver a su tamaño normal.
"Estos resultados demuestran que ELAST permite la transformación de la forma del tejido totalmente reversible mientras preserva la información estructural y molecular en el tejido", escribieron.
La integración completa de la poliacrilamida en una gran cantidad de tejido para lograr la elasticidad puede tomar hasta 21 días, informan, pero a partir de ese momento, cualquier paso de etiquetado individual, como etiquetar un tipo particular de célula para determinar su abundancia,o una proteína específica para ver dónde se expresa, puede proceder mucho más rápido que con los métodos anteriores.
En un caso, al comprimir repetidamente una sección transversal de 5 milímetros de grosor de un cerebro humano, el equipo necesitó solo 24 horas para etiquetarlo por completo. Para comparar, en 2013, cuando Chung y sus colegas debutaron "CLARITY"Como método para hacer que el tejido cerebral sea transparente y fijarlo con un gel de acrilamida, necesitaron 24 horas para etiquetar una rebanada de solo una décima parte de grosor. Debido a que el tiempo de etiquetado se calcula cuadrando la profundidad que deben penetrar las sondas, los cálculos sugieren que el etiquetado con ELAST continúaveces más rápido que con CLARITY.
Aunque el laboratorio de Chung se enfoca principalmente en cerebros, la aplicabilidad a otros órganos puede ayudar en otros esfuerzos de mapeo celular, dijo Chung. Agregó que incluso si etiquetar tejido no es un objetivo en absoluto, tener una nueva forma fácil de hacer un material duradero, el gel elástico podría tener otras aplicaciones, por ejemplo, para crear robótica suave. Los recursos para aprender más sobre ELAST están disponibles en el sitio web de Chung.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Picower en el MIT . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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