neurociencia, tumor cerebral, cáncer, linterna molecular
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| Una nueva 'linterna molecular' detecta metástasis cerebral en ratones. La herramienta proporciona información sobre la composición química del tejido cerebral cuando se ilumina |
Una técnica innovadora, denominada «linterna molecular», permite la monitorización no invasiva de los cambios moleculares en el cerebro, proporcionando nuevos conocimientos sobre las patologías neurológicas y el cáncer.
Desarrollado por un equipo internacional, este método utiliza luz para analizar el tejido cerebral sin necesidad de modificación genética, lo que marca un avance significativo en este campo.
Comprender cómo el cáncer y otros trastornos neurológicos afectan al cerebro a nivel molecular (sin procedimientos invasivos) sigue siendo un gran desafío en la investigación biomédica. Una innovadora técnica experimental ofrece ahora una solución al utilizar una sonda tan fina como un cabello para introducir luz en el cerebro de ratones. Esta innovación, publicada en Nature Methods , es el resultado de una colaboración liderada por equipos internacionales del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO).
Esta técnica, denominada “linterna molecular”, utiliza la luz para revelar la composición química del tejido cerebral. Permite analizar los cambios moleculares provocados por tumores, ya sean primarios o metastásicos, así como por lesiones como los traumatismos craneales, lo que supone una nueva forma de estudiar estas complejas afecciones.
La linterna molecular es una sonda de menos de 1 mm de espesor, con una punta de apenas una milésima de milímetro (una micra), invisible a simple vista. Puede introducirse profundamente en el cerebro sin causar daño (por ejemplo, un cabello humano mide entre 30 y 50 micras de diámetro).
La sonda aún no está lista para su uso en pacientes; por ahora es principalmente una herramienta de investigación 'prometedora' en modelos animales que permite "monitorear alteraciones moleculares causadas por una lesión cerebral traumática, así como detectar marcadores diagnósticos de metástasis cerebral con alta precisión ", explican los autores del trabajo.
El trabajo ha sido llevado a cabo por el consorcio europeo NanoBright, en el que participan dos grupos españoles, el liderado por Liset Menéndez de la Prida en el Laboratorio de Circuitos Neuronales del Instituto Cajal del CSIC, y el Grupo de Metástasis Cerebral del CNIO dirigido por Manuel Valiente. Ambos han estado involucrados en la investigación biomédica de NanoBright, mientras que grupos del Instituto Tecnológico Italiano y de instituciones francesas como el Laboratoire Kastler Brossel, han desarrollado la instrumentación.
La activación o el registro de las funciones cerebrales mediante la luz no es una novedad. Por ejemplo, la técnica denominada optogenética permite monitorizar la actividad de neuronas individuales mediante luz. Sin embargo, para ello es necesario introducir en las neuronas un gen que las haga sensibles a la luz. Con la nueva tecnología presentada ahora por NanoBright, es posible estudiar el cerebro sin alterarlo previamente, lo que supone un cambio de paradigma en la investigación biomédica.
La nueva linterna molecular se basa en una técnica llamada espectroscopia vibracional, que aprovecha el efecto Raman, una propiedad única de la luz. “Cuando la luz interactúa con las moléculas, se dispersa de una forma que depende de su composición y estructura química. Esta dispersión produce una señal distintiva, o espectro, que actúa como una huella molecular, proporcionando información detallada sobre la composición del tejido iluminado”, explica Liset M. de la Prida, del CSIC.
“Esta tecnología permite estudiar el cerebro en su estado natural, no es necesario alterarlo previamente. Pero también permite analizar cualquier tipo de estructura cerebral, no sólo las que han sido marcadas o alteradas genéticamente, como ocurría con las tecnologías utilizadas hasta ahora. Con la espectroscopia vibracional podemos ver cualquier cambio molecular en el cerebro cuando hay una patología”, explica Manuel Valiente, del CNIO.
La espectroscopia Raman ya se utiliza en neurocirugía, aunque de forma invasiva y menos precisa: “Se han hecho estudios de su uso a la hora de operar tumores cerebrales en pacientes”, señala Valiente. “En el quirófano, una vez extirpado quirúrgicamente el grueso del tumor, es posible introducir una sonda de espectroscopia Raman para valorar si quedan células cancerosas en la zona. Es decir, solo se utiliza cuando el cerebro ya está abierto y el agujero es lo suficientemente grande. Pero estas ‘linternas moleculares’ relativamente grandes son incompatibles con un uso mínimamente invasivo en modelos animales vivos”.
Para el grupo del CNIO, un objetivo ahora es conocer si la información proporcionada por la sonda permite “diferenciar distintas entidades oncológicas, por ejemplo, los tipos de metástasis según sus perfiles mutacionales, por su origen primario o entre distintos tipos de tumores cerebrales”.
El grupo del Instituto Cajal ha utilizado esta técnica para investigar las zonas epileptogénicas que rodean las lesiones cerebrales traumáticas. “Hemos sido capaces de identificar diferentes perfiles vibracionales en las mismas regiones cerebrales susceptibles de sufrir crisis epilépticas, en función de su asociación con un tumor o un traumatismo. Esto sugiere que las sombras moleculares de estas zonas se ven afectadas de forma diferente, y puede utilizarse para separar diferentes entidades patológicas mediante algoritmos de clasificación automática que incluyan inteligencia artificial ”, explica Liset M. de la Prida.
“La integración de la espectroscopia vibracional con otras modalidades de registro de la actividad cerebral y el análisis computacional avanzado con inteligencia artificial permitirá identificar nuevos marcadores diagnósticos de alta precisión, lo que facilitará el desarrollo de neurotecnologías avanzadas para nuevas aplicaciones biomédicas”, resume la investigadora del CSIC, Liset M. de la Prida.
Fuente: “Vibrational fiber photometry: label-free and reporter-free minimally invasive Raman spectroscopy deep in the mouse brain” by Filippo Pisano, Mariam Masmudi-Martín, Maria Samuela Andriani, Elena Cid, Mohammadrahim Kazemzadeh, Marco Pisanello, Antonio Balena, Liam Collard, Teresa Jurado Parras, Marco Bianco, Patricia Baena, Francesco Tantussi, Marco Grande, Leonardo Sileo, Francesco Gentile, Francesco De Angelis, Massimo De Vittorio, Liset Menendez de la Prida, Manuel Valiente and Ferruccio Pisanello, 31 December 2024, Nature Methods. DOI: 10.1038/s41592-024-02557-3
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