La neurociencia ha vivido dos grandes
revoluciones. Una fue el descubrimiento de la
neurona a finales del siglo XIX, el otro la invención de la resonancia
magnética, casi 90 años después. Por supuesto que ha habido más
innovación entre una y otra, pero estas dos han sido, posiblemente, las que más
han cambiado el campo. Pues bien, un equipo de investigadores liderados por
Kwanghun Chung prometen convertirse en la tercera gran revolución de la
neurociencia, ahora, tan solo 50 años después de la anterior. Si Chung y su equipo han logrado realmente lo
que afirman haber logrado, eso significa que ya podemos analizar la estructura
de un hemisferio cerebral entero desde su geometría más gruesa hasta la escala
molecular, y eso lo puede cambiar todo.

En la investigación participan instituciones
como el MIT, la Universidad Nacional de Seúl, el Instituto Picower para la
memoria y el aprendizaje, y otras tantas. Un
esfuerzo colectivo de varios años que, finalmente, ha logrado abrirse camino
hasta la mismísima revista Science, y no es para menos, porque
esta tecnología podría permitirnos crear bibliotecas de cerebros con un nivel
de detalle jamás soñado. De hecho, los propios autores no tienen problema en
señalar que “esta plataforma tecnológica
avanzará nuestra comprensión de las funciones de los órganos humanos y los
mecanismos de las enfermedades, impulsando el desarrollo de nuevas terapias”.
Pero… ¿Cómo funciona?

Los problemas

Las técnicas de imagen, como
cualquier otra imagen, persiguen la máxima resolución posible. Ya sea la resolución espacial o temporal
que, dicho de otro modo, no es más que la precisión del detalle que puedan
captar sus imágenes o la finura con la que pueden situar en el tiempo
determinados procesos, respectivamente. El problema es que, para obtener una
mayor resolución espacial, las técnicas han tenido que circunscribirse a
regiones relativamente pequeñas del cerebro. Una
especie de aplicación práctica del “quien mucho abarca poco aprieta”.
Por eso es tan interesante que esta técnica, de altísima precisión, se pueda
aplicar sobre todo un hemisferio cerebral.

Es más, esta técnica, lo que
realmente ofrece, es la posibilidad de analizar a diferentes escalas la
arquitectura cerebral, no solo a
la escala molecular, sino reparando en las células. En palabras del Dr. Chung:
“esta cadena tecnológica realmente nos permite
extraer todas estas características importantes del mismo cerebro de una manera
completamente integrada.” Ahora bien, en el artículo apuntan
que, si bien el escaneo es de medio cerebro, a medida que se reduce la escala,
se analizan partes más localizadas del cerebro de forma que logra poner en
contexto la estructura subcelular de una parte con una visión más general de
sus alrededores.

Escaneo en tres pasos

Todo este proceso consta, en realidad, de tres pasos igualmente innovadores que
permiten reducir el análisis a tan solo 100 horas una vez procesadas las
muestras. La primera innovación es la técnica de corte del
cerebro, porque con su casi kilo y medio es demasiado voluminoso como para
analizar su interior sin rebanarlo finamente. El
ingeniero de materiales Juhyuk Park y su equipo fueron los encargados de
diseñar Megatome, un sistema que logra cortar en cerebro en
finas lonchas sin que el mismo corte haga perder material. Lo logran mediante una cuchilla que vibra de
lado a lado con más velocidad y amplitud que otros vibrotomos anteriores
(que así se llama esta tecnología). Así es como
han logrado reducir el proceso de corte de varios meses a, apenas, 1 día.

La siguiente innovación del proceso recibe el
nombre de mELAST. En este
paso, se infunde un hidrogel en las muestras que las vuelve transparentes salvo
por las estructuras que nosotros queramos marcar con anticuerpos.
Así es como consiguen ver a través de cortes más gruesos que los que se
utilizan usualmente. Por si fuera
poco, esta técnica también aumenta la flexibilidad y resistencia de la muestra,
haciéndola más fácil de manejar y más estable en el tiempo.

Finalmente, UNSLICE es el proceso
computacional que remata el trabajo. Su misión es
la de recomponer el cerebro que hemos cortado estableciendo relaciones de
continuidad entre los detalles de una rebanada y la siguiente.
Por decirlo así: si cortamos un pan de semillas en rebanadas y queremos
recomponerlo, tendremos que saber qué fragmento de semilla de una rebanada se
corresponde con cada fragmento de la rebanada siguiente. Algo similar ocurre con las neuronas, los
vasos sanguíneos y otros tantos detalles de estas muestras neurológicas.

¿Y todo esto para qué?

Las aplicaciones en ciencia
siempre son más de las que intuimos y esta tecnología todavía tiene todo que
ofrecernos. Los
propios investigadores han estado analizando cerebros con Alzheimer para
compararlos con otros de sujetos sanos. El resultado
muestra que, aunque en general el número de conexiones entre neuronas era el
mismo en cerebros sanos y enfermos, sí se perdían en las zonas concretas donde
había placas de amiloide. Otra cuestión es si las placas son la
causa de la enfermedad o tal vez la consecuencia, pero claramente existe una
correlación. Los resultados son, todavía, muy
preliminares, pero ejemplifican lo que esta tecnología puede llegar a conseguir.

De hecho, los propios investigadores apuntan
que esta tecnología se puede aplicar a otros órganos, permitiendo una
comprensión mucho mayor de los procesos celulares y bioquímicos de sus tejidos.
Así que, aunque todavía no se puedan enumerar
largas listas de aplicaciones, es muy posible que no tarde en empezar.

QUE NO TE LA CUELEN:

A pesar de lo muy interesante que es esta técnica, no sustituirá
a la resonancia magnética funcional, con la que podemos ver la actividad cerebral.
De hecho, ni siquiera sustituirá a la resonancia magnética más convencional,
sino que tal vez modere su uso, haciéndolo más específico de lo que era hasta
ahora.

REFERENCIAS (MLA):

“Integrated
platform for multiscale molecular imaging and phenotyping of the human brain” Science
10.1126/science.adh9979