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Una película de lapso de tiempo filmada dentro del cerebro
Un nuevo tipo de microendoscopio permite a los científicos observar las células nerviosas y los vasos sanguíneos en las profundidades del cerebro de un animal vivo durante días, semanas o incluso meses. Un equipo liderado por Mark Schnitzer , profesor asociado de biología y física aplicada en la Universidad de Stanford, desarrolló el endoscopio, un instrumento óptico que se usa para mirar dentro del cuerpo, junto con un sistema para insertarlo en el mismo lugar una y otra vez. Esta característica permitió a los científicos rastrear cambios en características diminutas, como las conexiones entre las células del cerebro.
Brainscope: Usando un microendoscopio implantado profundamente en el cerebro, los investigadores pueden ver que los vasos sanguíneos que alimentan un tumor se distorsionan con el tiempo.
Creo que será una herramienta potente para rastrear las propiedades de las células durante largos períodos de tiempo en respuesta a cambios en el medio ambiente, durante el curso del aprendizaje, durante el envejecimiento o la progresión de la enfermedad, dice Schnitzer. Algunas enfermedades del desarrollo y neurodegenerativas, por ejemplo, dañan las conexiones entre las neuronas en lo profundo del cerebro.
De particular interés para los neurocientíficos es el hipocampo, un área profunda del cerebro que es crucial para la memoria. Anteriormente, los científicos habían podido observar regiones como esta en detalle solo con métodos altamente invasivos y en un solo punto en el tiempo. Pero muchos trastornos cerebrales ocurren lentamente, dice Schnitzer. No solo queremos una instantánea, queremos una [película] de lapso de tiempo en una escala de tiempo que sea relevante para la progresión de la enfermedad.
El equipo de Schnitzer ha estado desarrollando el microendoscopio durante varios años. Apodada la aguja óptica, tiene entre 500 y 1000 micrones de diámetro en su punta, aproximadamente la mitad del ancho de un grano de arroz. Si bien el dispositivo se asemeja a una versión reducida de los endoscopios que ahora se usan comúnmente para la cirugía, la pequeña lente es ligeramente diferente. El pequeño tamaño del dispositivo significa que una lente curva, típica en la mayoría de los microscopios, no es práctica. En cambio, su lente está hecha de un material que tiene variaciones internas en su perfil refractivo para guiar los rayos de luz.
En el nuevo estudio, publicado en línea este mes en Medicina de la naturaleza , los investigadores demuestran que pueden utilizar el microendoscopio para observar el mismo punto del cerebro a lo largo del tiempo. Primero implantan un tubo guía de vidrio en el cerebro de un animal, colocándolo justo encima del área de interés, con un pequeño portaobjetos de microscopio que cubre su punta. Luego pueden insertar el microendoscopio en el tubo y tomar fotografías de las células con un microscopio estándar de dos fotones. Después de la toma de imágenes, puede sacar la microaguja, devolver al animal a su jaula, luego reinsertarlo [días o semanas] más tarde y mirar nuevamente, dice Schnitzer.
Elly Nedivi , profesor asociado de neurobiología en el MIT, dice que poder volver al mismo lugar una y otra vez puede ser una de las aplicaciones más importantes del microendoscopio. Podría usarlo para ver si los medicamentos están teniendo un efecto, como si un tumor está respondiendo al tratamiento, dice ella.
En sus experimentos iniciales, los investigadores de Stanford examinaron las estructuras neuronales del hipocampo, uno de los únicos lugares del cerebro donde nacen nuevas neuronas en la edad adulta. Schnitzer planteó la hipótesis de que, debido a esta proximidad a nuevas células, estas estructuras cambiarían con la formación de nuevos recuerdos. Pero eso no es lo que encontramos, dice. Después de observar más de 4.000 dendritas, vimos muy pocos casos de cambio.
En una segunda serie de experimentos diseñados para ver cómo cambia el cerebro en respuesta a una enfermedad, el equipo de Schnitzer inyectó células cancerosas en un lado del cerebro de un ratón. Estas células luego se convirtieron en tumores, lo que permitió a los científicos observar los cambios en los vasos sanguíneos que acompañan al cáncer. Los investigadores encontraron que los vasos del lado canceroso del cerebro eran inestables y el flujo sanguíneo se ralentizaba. El lado sano del cerebro se mantuvo estable.
Emily Singer es la editora de biomedicina de Revisión de tecnología.