Publicado 03/03/2022 13:11

Consiguen canalizar la luz a través de nanoestructuras para estudiar las regiones más profundas del cerebro

Célula piramidal del hipocampo captada in vivo /
Célula piramidal del hipocampo captada in vivo / - ELENA CID, DEL INSTITUTO CAJAL-CSIC

MADRID, 3 Mar. (EUROPA PRESS) -

Un equipo internacional de investigadores coordinado por el Instituto Italiano de Tecnología en Lecce (IIT-CBN, Italia) y que cuenta con la participación de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), ha conseguido canalizar la luz a través de nanoestructuras para poder estudiar regiones más profundas del cerebro para el diagnóstico de patologías.

En 2019 comenzaba NanoBright, un proyecto que planteaba el uso de luz para diagnosticar patologías. A raíz del trabajo se ha desarrollado una sonda que utiliza nanoestructuras para canalizar las señales luminosas a través del tejido cerebral. Consiste en una fibra óptica, con un diámetro menor al de un cabello humano, en cuyo interior alberga las denominadas estructuras plasmónicas. Estas son nanoestructuras metálicas que pueden ajustarse para responder a un estímulo de luz que viaja por la fibra.

Según señalan desde el CSIC, el tamaño de las estructuras plasmónicas es similar al de los cuerpos neuronales, y, afirman, un aspecto fundamental del diseño. El dispositivo dirige la luz de forma precisa y genera una interacción física con las células para observar sus propiedades.

"Se trata de una fibra óptica modificada para enviar y recibir luz. La sonda permite iluminar las moléculas del tejido cerebral y amplificar la luz que estas reflejan, generando patrones espectrales en función de las propiedades de cada tipo de molécula", explica la investigadora del Instituto Cajal del CSIC Liset Menéndez de la Prida, directora de la aplicación neurocientífica del proyecto y experta en el estudio de la epilepsia.

Según indica el investigador del CNIO Manuel Valiente, que coordina la aplicación de esta tecnología en el estudio del cáncer, "este primer trabajo de Nanobright confirma que técnicamente podemos pasar a la segunda etapa para testar estas preparaciones en los modelos experimentales de cáncer, y poder en un futuro mejorar la capacidad de diagnóstico y tratamiento de los tumores cerebrales".

El Grupo de Metástasis Cerebral que dirige Valiente en el CNIO investigará el uso de esta nueva tecnología para discriminar entre los tumores cerebrales primarios o metastásicos, de muy diferente tratamiento; así como el uso de la generación de luz para permeabilizar la barrera hematoencefálica, favoreciendo de esta manera el acceso al cerebro de medicamentos antitumorales.

La modificación de los tejidos cerebrales en metástasis o en traumatismos craneoencefálicos conlleva una alteración en su composición molecular. Lo mismo ocurre en el caso del envejecimiento o del Alzheimer, con la consecuente variación en la composición de los lípidos cerebrales. Así, la técnica podrá caracterizar los tejidos alterados al medir la diferente proporción de sustancias como los citados lípidos o las proteínas, entre otras.

Las sondas neuronales desarrolladas por el grupo son, además, mínimamente invasivas. Otras técnicas que se sirven de la luz para estudiar el cerebro, como las técnicas optogenéticas, requieren de modificaciones a nivel genético para la expresión de proteínas que permitan su correcto funcionamiento. La nueva tecnología supone una aplicación biocompatible de la luz que se limita a excitar las moléculas ya presentes en el tejido.

La investigación sienta así las bases de una nueva aproximación al estudio del sistema nervioso central y de las causas moleculares de los trastornos neurológicos. Los científicos están ya enfocados en la siguiente fase del proyecto.

"Hemos hecho unas primeras pruebas en tejido fijado. Ahora estamos embarcados en sistematizar el testado en modelos experimentales relevantes para la aplicabilidad clínica como son la metástasis cerebral, la epilepsia postraumática y el envejecimiento", explican Menéndez de la Prida y Valiente.