MADRID, 9 May. (EUROPA PRESS) -
Un nuevo método de microscopía, denominado 'LICONN' y desarrollado por científicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) y Google Research (Estados Unidos), ayuda a reconstruir el rompecabezas que forman las miles de millones de neuronas que forman una intrincada red que procesa constantemente señales, lo que nos permite recordar recuerdos o movernos. Los hallazgos se recogen en un nuevo artículo en 'Nature'.
UN AVANCE EN LA MICROSCOPÍA ÓPTICA PARA EL ESTUDIO DEL CEREBRO
Los microscopios ópticos han evolucionado durante siglos. Los científicos utilizan la microscopía óptica para, tanto literal como figurativamente, iluminar las estructuras biológicas más complejas. Sin embargo, desentrañar los complejos detalles y la arquitectura del cerebro sigue siendo un reto aparentemente imposible, considerando sus miles de millones de neuronas densamente agrupadas, cada una conectada con otras células a través de miles de sinapsis.
Este nuevo proceso de microscopía llamado "LICONN" (conectómica basada en microscopía óptica), desarrollado en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA), ofrece ahora un gran avance. LICONN es la primera tecnología, más allá de la microscopía electrónica, capaz de reconstruir tejido cerebral con todas las conexiones sinápticas entre neuronas. Además, abre la posibilidad de visualizar la maquinaria molecular compleja junto con la estructura neuronal, todo ello utilizando microscopios ópticos estándar para las mediciones.
CARACTERÍSTICAS ÚNICAS DE LA TÉCNICA LICONN
LICONN es la técnica de microscopía más reciente del grupo Danzl. Actúa como un meticuloso solucionador de problemas, ensamblando las intrincadas redes cerebrales mediante la unión de los procesos neuronales más sutiles y conectando correctamente cada conexión sináptica con su neurona correspondiente.
"Hasta ahora, ninguna técnica de microscopía óptica podía lograr esto", puntualiza Johann Danzl, médico y físico de profesión, actualmente profesor en la ISTA. "Nuestro grupo siempre ha tenido como objetivo desarrollar un sistema de este tipo para reconstruir el tejido cerebral. Y LICONN puede lograrlo al mismo tiempo que coloca moléculas específicas en el contexto de la reconstrucción estructural".
LA VENTAJA DE LA MICROSCOPÍA ESTÁNDAR EN EL PROCESO LICONN
Lo más destacable es que la adquisición de imágenes se realiza con un microscopio estándar disponible en el mercado, que es muy rápido y ofrece capacidad multicolor.
La técnica puede reproducirse en cualquier parte del mundo, ya que los científicos no requieren equipos costosos y de alta gama que sí se requerirían para los enfoques actuales de reconstrucción de tejido cerebral. Para obtener este nivel de detalle, la resolución debe ser extraordinariamente alta, de unas pocas decenas de nanómetros, 10.000 veces menor que el grosor de un cabello humano.
EL PAPEL DEL HIDROGEL EN LA EXPANSIÓN DE LAS ESTRUCTURAS NEURONALES
Para LICONN, el equipo aprovechó las propiedades químicas y físicas del hidrogel, una red polimérica tridimensional. El hidrogel tiene características similares a las de los pañales para bebés: puede absorber agua y expandirse, pero lo hace de forma muy controlada. El tejido cerebral de interés se incrusta en este hidrogel.
"Los componentes celulares se unen al hidrogel, lo que significa que la ultraestructura fina de las células se imprime en el gel y se conserva para su análisis microscópico", explica Danzl. Antes de obtener la imagen, las estructuras se expanden añadiendo agua al material. Como resultado, el gel se alarga en todas direcciones, pero mantiene la disposición espacial relativa de las estructuras del tejido con una fidelidad extremadamente alta.
LIMITACIONES DE LA MICROSCOPÍA ÓPTICA TRADICIONAL FRENTE A LICONN
A modo de comparación, los microscopios ópticos tradicionales suelen tener un poder de resolución limitado a unos 250-300 nanómetros. Si bien esto es suficiente para visualizar estructuras celulares más grandes, es insuficiente para reconstruir el tejido cerebral densamente poblado.
La colaboración interdisciplinaria que permitió el desarrollo de LICONN La neurociencia y la química no fueron los únicos campos que se integraron en este proyecto. Los métodos de la informática desempeñaron un papel crucial en el desarrollo del proceso. Esto se debe a que la captura de imágenes microscópicas permite la recopilación de numerosos puntos de datos. Por lo tanto, la complejidad de los conjuntos de datos refleja la complejidad del cerebro.
INTELIGENCIA ARTIFICIAL PARA RECONSTRUCCIÓN NEURONAL
Por lo tanto, interpretar y reconstruir manualmente todas las estructuras neuronales a una escala considerable sería demasiado laborioso. Por ello, se entrenaron las técnicas de aprendizaje profundo de Google Research para segmentar las células individuales del tejido. "Automatizar la identificación de neuronas y sus complejas estructuras a mayor escala mediante inteligencia artificial facilitó la ardua tarea de reconstruir todos los componentes celulares", explica Viren Jain, de Google Research. "La capacidad de visualizar simultáneamente moléculas específicas aporta una nueva calidad de información".
FUTURO PROMETEDOR DE LICONN PARA LA NEUROCIENCIA
Gracias a LICONN, los científicos ahora pueden reconstruir meticulosamente el tejido cerebral y visualizar las conexiones y redes neuronales. La interacción entre la experimentación y el análisis interdisciplinario -desde la imagenología y la experimentación en ISTA hasta la aplicación de tecnologías avanzadas de aprendizaje profundo y el análisis computacional en Google Research- da como resultado visualizaciones 3D de la arquitectura cerebral con un nuevo nivel de complejidad.
"LICONN nos acerca un paso más a ensamblar las piezas del rompecabezas del cerebro de los mamíferos y a comprender mejor su funcionamiento tanto en la salud como en la enfermedad", concluye Danzl.
