Científicos desarrollan un método para rastrear genes en tiempo real: sus posibles usos médicos

*Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Incluso los aficionados al blanco y negro no pueden negar que el color renovó la fotografía y el cine. Y cuando se trata de comprender lo que ocurre dentro del cuerpo, nada sustituye al color. Si fuera posible, por ejemplo, mapear la expresión genética en tiempo real en las células de nuestro cuerpo mediante colores contrastantes, los científicos podrían vislumbrar procesos biológicos vitales que actualmente son invisibles.

El problema es que las proteínas multicolores brillantes que utilizan los científicos para iluminar, por así decirlo, el funcionamiento interno de las células son de poca ayuda para observar procesos profundos del cuerpo, ya que el grosor de los tejidos oscurece el brillo.

Investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias han demostrado la posibilidad de observar dichos procesos mediante imágenes por resonancia magnética, o MRI, cuyas señales de ondas de radio, a diferencia del resplandor de la luz, no son detenidas por los tejidos, sin importar su grosor. Como se informó en un estudio publicado en Nature Biotechnology, los investigadores han desarrollado un método para usar MRI para rastrear simultáneamente, en dos colores, la expresión de dos genes diferentes.

El método allana el camino para usar MRI para observar una amplia gama de procesos biológicos dentro del cuerpo vivo en la investigación y en la clínica. Cuando se desarrolle más, puede servir, por ejemplo, para examinar cómo una región del cerebro afecta a otra, monitorear los efectos de la terapia contra el cáncer o rastrear el destino de las células madre introducidas en el cuerpo con fines terapéuticos.

“La resonancia magnética podría utilizarse algún día para observar el interior del cuerpo durante un período prolongado, para ver qué ocurre en los tejidos sin necesidad de extirparlos para su estudio al microscopio”, afirma el Dr. Amnon Bar-Shir, del Departamento de Química Molecular y Ciencia de los Materiales, quien dirigió el equipo de investigación. “Nuestro método supone un gran paso en esa dirección”.

Cuando se otorgó el Premio Nobel de Química en 2008 por el desarrollo de proteínas fluorescentes que se utilizarían como “reporteros” para visualizar la expresión génica al microscopio, uno de los galardonados, el difunto Roger Y. Tsien, declaró en su discurso de aceptación que dicha fluorescencia tiene sus limitaciones, y que en el futuro estas podrían superarse mediante técnicas como la resonancia magnética (RM).

Fue una declaración visionaria; sin embargo, las conocidas resonancias magnéticas en escala de grises que se utilizan para el diagnóstico no muestran la actividad génica, sino solo elementos estructurales. Las avanzadas imágenes de RM multicolor, generadas en determinadas circunstancias, tampoco son adecuadas para revelar la expresión génica.

Cuando la RM se adaptó para reflejar la expresión génica, solo podía “informar” sobre un gen a la vez, detectando un cambio en la intensidad de la señal, que se registra como un punto oscuro en la imagen en blanco y negro. El elemento crucial que faltaba para monitorizar los procesos biológicos era la capacidad de detectar la expresión de varios genes simultáneamente. Al igual que en el marcaje fluorescente, esto idealmente implicaría asignar diferentes colores a los genes.

Para abordar el desafío, los científicos de Weizmann desarrollaron un método de dos pasos: primero, modificaron genéticamente dos grupos de células, de modo que cada grupo expresara una de dos proteínas especialmente diseñadas.

Paralelamente, crearon una mezcla de dos tipos de sondas moleculares, diseñadas para inyectarse en el torrente sanguíneo y acumularse exclusivamente en las células que expresaban las proteínas modificadas. Ambas sondas fueron diseñadas para emitir una señal en respuesta a diferentes frecuencias de resonancia magnética, cada una iluminándose con un color distinto.

La Dra. Hyla Allouche-Arnon, científica del laboratorio de Bar-Shir, dirigió el estudio, en el que el equipo de Bar-Shir y otros investigadores colaboraron con el Prof. Sarel Fleishman y la Dra. Olga Khersonsky, del Departamento de Ciencias Biomoleculares. Al aplicar el método en ratones vivos, los científicos utilizaron un equipo de resonancia magnética excepcionalmente potente con un imán de aproximadamente 15 teslas, uno de los pocos equipos de este tipo en el mundo. Los escáneres captaron las frecuencias de las sondas moleculares, revelando la posición exacta de las células que expresaban cada proteína y marcándolas en verde y rosa.

“La expresión génica nos permite saber qué hace cada célula”, afirma Allouche-Arnon. “Gracias a nuestro método, la resonancia magnética puede ser aplicada por investigadores de diversos campos para rastrear la actividad de todo tipo de procesos, por ejemplo, aquellos que involucran diferentes tipos de células cerebrales o inmunitarias”.

El enfoque podría desarrollarse aún más para mapear simultáneamente, en color, la expresión de más de dos genes. Y si se adapta para su uso en humanos, podría permitir a investigadores y médicos observar procesos importantes en acción de forma no invasiva. Por ejemplo, en la terapia celular contra el cáncer, se podrían utilizar sondas de diferentes colores para rastrear las posiciones relativas del tumor y las células terapéuticas.

Entre los participantes del estudio también se incluyeron Nishanth D. Tirukoti, estudiante de investigación del laboratorio de Bar-Shir; el Dr. Yoav Peleg, la Dra. Orly Dym, la Dra. Shira Albeck, el Dr. Alexander Brandis y Tevie Mehlman del Departamento de Instalaciones Básicas de Ciencias de la Vida de Weizmann; la Dra. Liat Avram y la Dra. Talia Harris del Departamento de Apoyo a la Investigación Química de Weizmann; y el Dr. Nirbhay N. Yadav de la Facultad de Medicina de Johns Hopkins.