Científicos desarrollan un mecanismo clave para observar la actividad de las neuronas en tiempo real

La investigación en neurociencia acaba de sumar una herramienta clave: un reactivo permite observar la actividad de las neuronas en capas profundas sin alterar su funcionamiento, según informó Nature Methods.

El hallazgo fue presentado por un equipo de la Universidad de Kyushu, en Japón, que diseñó una solución llamada SeeDB-Live para limpiar el tejido cerebral en animales vivos.

El grupo liderado por Takeshi Imai, profesor de la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad de Kyushu, enfocó sus esfuerzos en resolver un desafío histórico: obtener imágenes profundas del cerebro sin dañar la función de las células vivas.

Los reactivos convencionales para aclarar tejidos lograban transparencia solo en muestras fijadas, ya que los medios empleados resultaban tóxicos para la materia viva.

La propuesta de Imai y su equipo se centra en la utilización de albúmina, una proteína abundante en el suero sanguíneo, para igualar el índice de refracción óptico y reducir la dispersión de la luz en el tejido. “Esta es la primera vez que se logra limpiar un tejido sin alterar su biología”, afirma Imai.

De la física óptica a la solución biológica: el camino hacia SeeDB-Live

El objetivo de la transparencia cerebral en vida surgió de una problemática óptica: la luz se dispersa al atravesar medios con diferentes índices de refracción, lo que en el tejido cerebral impide ver más allá de las capas superficiales. El equipo japonés descubrió que ajustar el índice de refracción de la solución extracelular a un valor entre 1,36 y 1,37 incrementaba la transparencia. La dificultad residía en encontrar una sustancia capaz de lograrlo sin afectar el equilibrio osmótico ni la viabilidad celular.

La búsqueda llevó a los científicos a descartar azúcares y otros compuestos pequeños, ya que, en altas concentraciones, alteraban la presión osmótica y perjudicaban las células. Luego de analizar casi cien polímeros, la respuesta llegó de manera inesperada. Shigenori Inagaki, primer autor del estudio, relató que una noche en el laboratorio decidió probar albúmina sérica bovina (BSA), una proteína común en la sangre y en los laboratorios.

“Lo probé tres o cuatro veces antes de creerlo”, recordó Inagaki. El resultado fue inmediato: la albúmina, por su tamaño y propiedades, permitió alcanzar el índice óptico buscado con baja presión osmótica y sin toxicidad detectable.

La solución, bautizada como SeeDB-Live, se añadió al medio de cultivo. El equipo observó que, tras una hora de inmersión, los cortes cerebrales de ratón se volvían transparentes y las señales de fluorescencia de neuronas profundas se triplicaban. Este resultado abrió la puerta a la obtención de imágenes nítidas en regiones antes inaccesibles, como la capa 5 de la corteza cerebral, donde se ubican neuronas clave para el procesamiento de la información y la generación de respuestas motoras.

Nature Methods reportó que, al combinar SeeDB-Live con indicadores de calcio, se consiguió visualizar la actividad neuronal en tiempo real en cerebros vivos. La metodología no solo mejoró la profundidad de imagen, sino que permitió realizar observaciones repetidas en los mismos animales, ya que la transparencia se revierte unas horas después de retirar la solución, sin dejar daños ni cambios permanentes.

“La albúmina es abundante en la sangre y altamente soluble, lo que la hace ideal para la limpieza”, destaca Imai.

Un salto en la obtención de imágenes profundas y su impacto en la neurobiología

Hasta ahora, la obtención de imágenes de tejidos vivos enfrentaba una limitación tecnológica: los métodos de aclaramiento solo funcionaban en tejidos fijados y los intentos con productos menos tóxicos, como glicerol o ciertos colorantes, no lograron transparencia suficiente sin alterar la fisiología. El estudio japonés demuestra que SeeDB-Live facilita obtener imágenes estructurales y funcionales de esferoides, organoides y cerebros de ratón in vivo sin afectar la actividad neuronal ni el comportamiento.

El equipo verificó que la solución basada en albúmina mantenía una osmolaridad baja, evitando así los problemas de hinchazón o deshidratación celular. En las pruebas, SeeDB-Live permitió visualizar la dinámica de las neuronas en cortes agudos y preparaciones cerebrales completas, sin interferir con las propiedades electrofisiológicas ni las respuestas sensoriales naturales de los animales. “SeeDB-Live puede allanar el camino para la obtención de imágenes en vivo de tejidos profundos, tanto ex vivo como in vivo”, afirmó Inagaki.

El avance también extiende su utilidad más allá del cerebro. El método posibilita el estudio in vivo de organoides y esferoides, modelos experimentales que se emplean en la investigación de enfermedades y en el desarrollo de fármacos. El aclaramiento óptico obtenido por SeeDB-Live amplía la profundidad y las modalidades de imagen de fluorescencia, lo que abre nuevas alternativas para el análisis funcional de tejidos vivos en mamíferos, según puntualizó la publicación científica.

SeeDB-Live representa la culminación de una década de investigaciones de Imai, quien en 2013 y 2016 desarrolló los reactivos SeeDB y SeeDB2 para tejidos fijados. “Esa pregunta me la hicieron unas cien veces, y cada vez respondía ‘imposible’”, reflexiona Imai sobre la posibilidad de limpiar tejidos vivos. “Pero 10 años después, aquí estamos. Cuando algo parece inalcanzable, si sigues pensándolo, puede que con el tiempo encuentres la manera”.

El método aún enfrenta desafíos: aunque SeeDB-Live funciona de manera óptima en tejido cerebral, aplicar la solución a otros órganos requiere superar barreras biológicas y el acceso al cerebro sigue dependiendo de una ventana quirúrgica, que puede inducir estrés y limitar la eficiencia.

“Siento que aún no hemos materializado plenamente su potencial”, reconoce Inagaki, quien proyecta que los próximos esfuerzos se enfocarán en sistemas de administración menos invasivos para ampliar el alcance y la profundidad de las imágenes.

De acuerdo con Nature Methods, la transparencia inducida por SeeDB-Live es reversible, lo que permite observar el mismo animal en distintos momentos y rastrear la evolución de la actividad neuronal. El grupo de la Universidad de Kyushu espera que la técnica facilite la comprensión de las funciones integradoras del cerebro y acelere el desarrollo de nuevas herramientas para la investigación en biomedicina y farmacología.

La innovación ofrece una alternativa eficaz y segura para el estudio de la neurobiología en animales vivos, y sienta las bases para futuras aplicaciones en la medicina experimental y la biotecnología.

El hallazgo de Imai e Inagaki marca una etapa de apertura para el análisis dinámico de la actividad cerebral mediante imágenes profundas, y posiciona a Japón como referente en la exploración de la transparencia tisular en organismos vivos.