Uno de los principales desafíos en la investigación biomédica es observar los cambios a nivel molecular en el cerebro provocados por el cáncer y otras enfermedades neurológicas, y hacerlo de forma no invasiva. Una técnica experimental recién desarrollada logra este objetivo utilizando una sonda ultradelgada que introduce luz en el cerebro de ratones. Este avance ha sido publicado hoy en la revista Nature Methods, y es el resultado del trabajo de un equipo internacional que incluye grupos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO).

Los investigadores han denominado a la técnica linterna molecular, ya que proporciona información sobre la composición química del tejido cerebral al iluminarlo. Esto permite analizar los cambios moleculares causados por tumores, ya sean primarios o metastásicos, y también por lesiones como los traumatismos craneoencefálicos.

La linterna molecular es una sonda de menos de 1 mm de grosor, con una punta de solo una micra (una milésima de milímetro), invisible a simple vista. Gracias a su tamaño, es posible insertarla en las regiones profundas del cerebro sin causar daño. Para ponerlo en perspectiva, un cabello humano mide entre 30 y 50 micras de diámetro.

Aunque esta sonda aún no está lista para su aplicación clínica, representa una herramienta prometedora para la investigación en modelos animales. Según los autores del estudio, la técnica permite monitorizar los cambios moleculares provocados por una lesión cerebral traumática y detectar con gran precisión marcadores de metástasis cerebral.

El consorcio europeo NanoBright ha sido el encargado de llevar a cabo este trabajo, con la participación de dos grupos españoles: el liderado por Liset Menéndez de la Prida, del Laboratorio de Circuitos Neuronales del Instituto Cajal del CSIC, y el dirigido por Manuel Valiente, del Grupo de Metástasis Cerebral del CNIO. Los grupos italianos y franceses han colaborado en el desarrollo de la instrumentación.

Explorar el cerebro sin alterarlo previamente

El uso de la luz para activar o registrar la actividad cerebral no es una novedad. Las técnicas optogenéticas, por ejemplo, permiten controlar neuronas individuales mediante luz, pero requieren introducir genes en las células para hacerlas sensibles a la luz. La ventaja de la nueva tecnología presentada por NanoBright es que permite estudiar el cerebro sin modificarlo previamente, lo que marca un cambio importante en la investigación biomédica.

La técnica se conoce como espectroscopía vibracional y se basa en un fenómeno de la luz denominado efecto Raman. Cuando la luz interactúa con las moléculas, se refleja de manera diferente según su composición y estructura, lo que genera un espectro único para cada tipo de tejido. Este espectro se convierte en una firma molecular que revela la composición del tejido iluminado, como explica Liset Menéndez de la Prida.

“Vemos cualquier cambio molecular producido en el cerebro por una patología o lesión”

Manuel Valiente comenta que esta tecnología permite estudiar el cerebro en su estado natural, sin necesidad de alterarlo previamente, y sin limitarse a las áreas previamente marcadas o modificadas genéticamente, como sucedía con las técnicas anteriores. La espectroscopía vibracional permite detectar cualquier cambio molecular en el cerebro asociado a una enfermedad.

Aunque la espectroscopía Raman ya se utiliza en neurocirugía, su aplicación es invasiva y menos precisa. En la cirugía de tumores cerebrales, por ejemplo, se puede emplear una sonda de espectroscopía Raman para evaluar si quedan células cancerígenas tras la extirpación del tumor. Sin embargo, esta técnica requiere que el cerebro esté ya expuesto, lo que la hace incompatible con un uso mínimamente invasivo en modelos animales vivos.

En el caso del CNIO, uno de los objetivos actuales es investigar si la información obtenida con esta sonda puede diferenciar entre distintos tipos de metástasis, según sus perfiles mutacionales, su origen primario o el tipo de tumor cerebral de origen.

Inteligencia artificial para encontrar marcadores diagnósticos

El grupo del Instituto Cajal ha utilizado la técnica para estudiar las áreas epileptógenas cercanas a un traumatismo craneoencefálico. Según Liset Menéndez de la Prida, han identificado diferentes patrones vibracionales en las mismas regiones cerebrales que pueden generar crisis epilépticas, dependiendo de si están asociadas a un tumor o a un traumatismo. Esto sugiere que las alteraciones moleculares en estas áreas son diferentes, y podrían usarse para distinguir entre diversas entidades patológicas mediante algoritmos automáticos, incluyendo inteligencia artificial.

La integración de la espectroscopía vibracional con otras técnicas para registrar la actividad cerebral, junto con el análisis computacional avanzado e inteligencia artificial, facilitará la identificación de nuevos marcadores diagnósticos de alta precisión. Esto abriría el camino al desarrollo de neurotecnologías avanzadas con aplicaciones biomédicas innovadoras, concluye Liset Menéndez de la Prida.

Información del Consejo Superior de Investigaciones Científicas.