Cómo la resonancia magnética del cerebro de un ratón puede ayudar a entender el Alzheimer

Para conocer detalles microscópicos, científicos norteamericanos mejoraron drásticamente la nitidez de estas imágenes con el objetivo de visualizar la conectividad neuronal con una resolución récord. Qué otras enfermedades se podrían abordar tras este avance

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Científicos descubrieron que con la microscopía de hoja de luz y la resonancia magnética pueden obtener imágenes más nítidas del cerebro (Getty Images)
Científicos descubrieron que con la microscopía de hoja de luz y la resonancia magnética pueden obtener imágenes más nítidas del cerebro (Getty Images)

La resonancia magnética nuclear (RMN) es la forma en que es posible visualizar tejido blando y acuoso que es difícil de analizar con rayos X. Pero mientras proporciona una resolución lo suficientemente buena para detectar un tumor cerebral, debe ser mucho más nítida para visualizar los detalles microscópicos dentro del cerebro que revelan su organización.

En un desafío técnico desarrollado por décadas y liderado por el Centro de Microscopía In Vivo de Duke con colegas del Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Tennessee, las universidades de Pensilvania, Pittsburgh e Indiana, los investigadores mejoraron la resolución de la resonancia magnética, lo que llevó a poder captar las imágenes más nítidas jamás capturadas del cerebro de un ratón.

Coincidiendo con el 50 aniversario de la primera resonancia magnética, los investigadores generaron escaneos del cerebro de un ratón que son mucho más nítidos que una resonancia magnética clínica típica para humanos, el equivalente científico de pasar de un gráfico pixelado de 8 bits al detalle hiperrealista de una pintura.

La figura muestra una descripción general del contraste MRH en el cerebro de los ratones hallado en la nueva investigación (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)
La figura muestra una descripción general del contraste MRH en el cerebro de los ratones hallado en la nueva investigación (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)

Un solo vóxel de las nuevas imágenes (un píxel cúbico), mide solo 5 micrones (0,005 mm). Eso es 64 millones de veces más pequeño que un vóxel de resonancia magnética clínica. Aunque los investigadores enfocaron sus imanes en ratones en lugar de humanos, la resonancia magnética refinada proporciona una nueva forma de visualizar la conectividad de todo el cerebro con una resolución récord.

Una lupa impensada

Los investigadores dicen que los nuevos conocimientos de las imágenes de ratones conducirán a su vez a una mejor comprensión de las condiciones en los humanos, cómo cambia el cerebro con la edad, la dieta o incluso con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

“Es algo que realmente está permitiendo comenzar a considerar las enfermedades neurodegenerativas de una manera completamente diferente”, analizó G. Allan Johnson, autor principal del nuevo artículo y profesor distinguido de radiología, física e ingeniería biomédica de la Universidad Charles E. Putman en Duke.

La imagen muestra una representación volumétrica de cerebro completo con la microscopía de hoja de luz (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)
La imagen muestra una representación volumétrica de cerebro completo con la microscopía de hoja de luz (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)

El nuevo trabajo del equipo, que fue publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, es la culminación de casi 40 años de investigación en el Duke Center for In Vivo Microscopy.

A lo largo de cuatro décadas, Johnson, sus estudiantes graduados de ingeniería y sus muchos colaboradores en Duke y en otros centros de estudio refinaron muchos elementos que, cuando se combinaron, hicieron posible la revolucionaria resolución de MRI. Algunos de los ingredientes clave incluyen un imán increíblemente potente.

La mayoría de las resonancias clínicas se basan en un imán de 1,5 a 3 teslas (medida para determinar la intensidad de un campo magnético), mientras que el equipo de Johnson usa un imán de 9,4 teslas. También sumaron un conjunto especial de bobinas de gradiente que son 100 veces más fuertes que las de una resonancia magnética clínica y ayudan a generar la imagen del cerebro. Incluso, incorporaron una computadora de alto rendimiento equivalente a casi 800 ordenadores portátiles, todas trabajando para obtener imágenes de un cerebro.

Este nuevo descubrimiento en ratones será fundamental para futuros estudios en humanos REUTERS/Leon Kuegeler
Este nuevo descubrimiento en ratones será fundamental para futuros estudios en humanos REUTERS/Leon Kuegeler

Después de que Johnson y su equipo escanearon el cerebro, enviaron el tejido para ser fotografiado utilizando una técnica diferente llamada microscopía de lámina de luz. Se trata de un recurso complementario que les da la capacidad de etiquetar grupos específicos de células en todo el cerebro, como las células emisoras de dopamina para observar la progresión de la enfermedad de Parkinson.

Luego, el equipo mapea las imágenes, que brindan una visión muy precisa de las células cerebrales, en la resonancia magnética original, que es mucho más precisa desde el punto de vista anatómico y proporciona una vista vívida de las células y los circuitos en todo el cerebro. Con esta combinación de imágenes de datos de todo el cerebro, los especialistas ahora pueden escudriñar los misterios microscópicos del cerebro de formas nunca antes posibles.

Un conjunto de imágenes de resonancia magnética muestra cómo cambia la conectividad de todo el cerebro a medida que los ratones envejecen, así como cómo regiones específicas, como el subículo relacionado con la memoria, cambian más que el resto del cerebro del ratón. Otro conjunto de imágenes muestra un carrete de conexiones cerebrales con los colores del arcoíris que resaltan el notable deterioro de las redes neuronales en un modelo de ratón con la enfermedad de Alzheimer.

La figura muestra en detalle la diferencia entre los cerebros de los ratones mayores y los menores (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)
La figura muestra en detalle la diferencia entre los cerebros de los ratones mayores y los menores (G. Allan Johnson, Yuqi Tian, David G. Ashbrook y Robert W. Williams)

Según estimaron los científicos, al convertir a la resonancia magnética en un microscopio de mayor potencia, se podrían comprender mejor los modelos de ratón de enfermedades humanas, como la enfermedad de Huntington y el Alzheimer, entre otras. Y eso debería conducir a una mejor comprensión de cómo funcionan las dolencias similares en las personas.

“La ciencia descubrió que las intervenciones dietéticas y farmacológicas modestas pueden hacer que los animales vivan un 25% más. Entonces, la pregunta es, ¿su cerebro sigue intacto durante esta vida prolongada? ¿Todavía podrían hacer crucigramas? ¿Serán capaces de hacer Sudoku aunque vivan un 25% más? Ahora tenemos la capacidad de mirarlo. Y mientras lo hacemos, podemos traducir eso directamente para comprender mejor la condición humana”, indicó Johnson.

La extensa investigación ha contado con un equipo importante de profesionales: Yuqi Tian, David G Ashbrook, Gary P Cofer, James, J. Cook, James C Gee, Adán Salón, Kathryn Cuernoburg, Yi Qi, Fang Cheng Yeh, Nian Wang, Leonard E. Blanco y Roberto W Williams.

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