Los investigadores ya no tendrán que elegir entre estudiar un solo cerebro humano como un mosaico de imágenes fragmentadas o un estudio distante y Vista pixelada de grandes estructuras..
En cambio, una nueva plataforma de imágenes desarrollada por un equipo estadounidense combina a la perfección los detalles más finos de las células cerebrales, sus conexiones y contenidos, con mapas de todo el cerebro de redes enteras de neuronas que sostienen la arquitectura general del cerebro.
Estos elementos de la biología del cerebro existen en escalas tremendamente diferentes, desde la brechas de sinapsis de tamaño nanométrico a regiones cerebrales de un centímetro de largoque hasta ahora han requerido múltiples muestras de múltiples cerebros para analizarlas utilizando diversas tecnologías en diferentes plataformas.
En su primer uso demostrado en tejido humano, obteniendo imágenes de dos cerebros completos, la plataforma ha revelado cambios distintos en el cerebro de una persona con Alzheimer enfermedad.
La nueva plataforma incluye tres elementos centrales para cortar, procesar y luego obtener imágenes de tejidos cerebrales con “resolución y velocidad sin precedentes”. según la investigación equipo que lo desarrolló, dirigido por Kwanghun Chung, ingeniero químico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).
Primero, un dispositivo innovador corta el tejido cerebral en secciones. Utiliza vibraciones cuidadosamente ajustadas para evitar la abrasión, separando las células limpiamente en rodajas increíblemente delgadas sin dislocar sus conexiones.
Luego, una técnica química transforma de manera reversible esas secciones de tejido en un hidrogel de tejido elástico y expandible listo para ser utilizado. anticuerpo etiquetado e imágenes de alta resolución de proteínas y otras cosas internas.
Finalmente, una herramienta computacional “cose” los tejidos cortados nuevamente y mapea las conexiones entre las células individuales. Esos “proyectomas” de células cerebrales individuales pueden luego integrarse con perfiles que capturen las moléculas expresadas en cada célula.
“Necesitamos poder ver todos estos diferentes componentes funcionales (células, su morfología y su conectividad, arquitecturas subcelulares y sus conexiones sinápticas individuales) idealmente dentro del mismo cerebro” para poder comparar cerebros completos y encontrar diferencias individuales. dice Chung.
“Esta tecnología realmente nos permite extraer todas estas características importantes del mismo cerebro de una manera totalmente integrada”.
El tejido convertido en hidrogel infla suavemente secciones de tejido para que se puedan obtener imágenes con claridad; y una bomba infunde constantemente los tejidos con tintes fluorescentes para producir una tinción consistente en todos los órganos.
En una vertiginosa muestra de las capacidades de obtención de imágenes de la plataforma, los investigadores proporcionan ejemplos en los que etiquetaron un hemisferio cerebral completo y luego ampliaron para tomar una instantánea de los circuitos celulares, seguidos de células individuales y sus conexiones a través de uniones llamadas sinapsis.
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En cuanto a cómo la plataforma reconstruye esas conexiones a través de múltiples secciones de tejido, la herramienta informática tiene un algoritmo que relaciona los vasos sanguíneos que salen de una capa y entran en la adyacente, y rastrea las extensiones de las neuronas vecinas, llamadas axones.
Juntándolo todo, los investigadores tomaron imágenes de los cerebros completos de dos donantes generosos, uno con la enfermedad de Alzheimer y otro sin ella.
Descubrieron las características patológicas habituales del Alzheimer, incluida la acumulación de placas amiloides y ovillos de tauy células cerebrales marchitas, pero sus imágenes también capturaron algunas diferencias más sutiles.
Los axones de las células cerebrales del paciente con Alzheimer estaban inflamados. Las células cerebrales en regiones cargadas de proteínas tau y amiloides también perdieron su cubierta protectora de mielina y se separaron de sus vecinas.
Esto “respalda los estudios de neuroimagen que sugieren un daño severo a la conectividad de la corteza orbitofrontal en las últimas etapas de la enfermedad de Alzheimer”, dijo el equipo. escribe en su periódico.
Sin embargo, esta galería representa sólo una instantánea en el tiempo de sólo dos cerebros.
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Los científicos han producido algunos imágenes notablemente detalladas del cerebro humano últimamente, acercándose a un solo milímetro cúbico de tejido cerebral, un esfuerzo de una década que finalmente produjo 1,4 petabytes de datos.
Imaginar cómo cambia el cerebro a medida que degenera lentamente en enfermedades como el Alzheimer es una tarea algo más difícil porque los investigadores a menudo trabajan con tejidos cerebrales post-mortem donados al final de la vida de una persona, o confiando en escáneres tradicionales de todo el cerebro como resonancia magnéticaesperando que Detectar cambios antes de que aparezca la enfermedad..
Tampoco está claro todavía cómo podría adaptarse la plataforma a avances en imágenes cerebrales que se están desarrollando rápidamente, pero el equipo es optimista de que su sistema ayudará a estimular el desarrollo de nuevas terapias y maximizar la cantidad de información extraída de valiosos tejidos de donantes.
“Este oleoducto nos permite tener un acceso casi ilimitado al tejido”, dijo Chung. dice. “Siempre podemos volver atrás y ver algo nuevo”.
El estudio ha sido publicado en Ciencia.