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Linterna molecular logra detectar metástasis en zonas profundas del cerebro

Linterna molecular logra detectar metástasis en zonas profundas del cerebro

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Tiempo de lectura: 2 minutos Este dispositivo, mínimamente invasivo, utiliza un haz de luz del grosor de una micra para analizar la composición química del tejido cerebral en ratones, identificando cambios moleculares indicativos de tumores o traumatismos.

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Una innovadora «linterna molecular» promete revolucionar la detección de metástasis cerebral y otras lesiones. La técnica, conocida como espectroscopía vibracional, utiliza una sonda de menos de un milímetro de grosor con una punta microscópica.

Esta característica permite su inserción en áreas profundas del cerebro sin causar daño significativo, a diferencia de las técnicas invasivas utilizadas actualmente.

El hallazgo, realizado en el marco del consorcio internacional NanoBright, fue publicado en la revista Nature Methods y ha sido desarrollado, entre otros, por investigadores del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC).

«Esta tecnología nos permite estudiar el cerebro en su estado natural, no es preciso alterarlo previamente«, explica Manuel Valiente, director del Grupo de Metástasis Cerebral del CNIO. La sonda ilumina el tejido cerebral y analiza la luz dispersada, revelando la «firma molecular» de las células y permitiendo detectar anomalías.

Dispositivo de espectroscopía vibracional / Mariam Al-Masmudi. CNIO

Dispositivo de espectroscopía vibracional / Mariam Al-Masmudi. CNIO

Aplicaciones en metástasis

El equipo del CNIO ha utilizado la linterna molecular en modelos experimentales de metástasis cerebral en ratones. «Como ocurre con los pacientes, hemos visto frentes del tumor que sueltan células que escaparían a la cirugía«, señala Valiente.

El objetivo futuro es refinar la técnica para diferenciar entre distintos tipos de metástasis y tumores cerebrales. Valiente añade que buscan saber si la información de la sonda permite «diferenciar diversas entidades oncológicas, por ejemplo, los tipos de metástasis acorde a sus perfiles mutacionales».

Por otro lado, el Instituto Cajal del CSIC, bajo la dirección de Liset Menéndez de la Prida, ha aplicado la tecnología al estudio de zonas epileptógenas tras traumatismos craneoencefálicos. «Pudimos identificar diferentes perfiles vibracionales en las mismas regiones cerebrales susceptibles de generar crisis epilépticas, dependiendo de su asociación a un tumor o a un traumatismo», explica Menéndez de la Prida.

Desde la izda: Elena Cid y Liset Menéndez de la Prida (Instituto Cajal CSIC), Manuel Valiente y Mariam Al-Masmudi (CNIO) / Pilar Quijada. CSICDesde la izda: Elena Cid y Liset Menéndez de la Prida (Instituto Cajal CSIC), Manuel Valiente y Mariam Al-Masmudi (CNIO) / Pilar Quijada. CSIC El Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) forman parte del consorcio internacional NanoBright, que ha desarrollado esta nueva herramienta. La sonda llega hasta regiones profundas del cerebro sin causar daño apreciable, por lo que se la considera mínimamente invasiva. Dentro lleva un delgadísimo haz de luz. La luz de la sonda ilumina el tejido nervioso, y al hacerlo informa de su composición química. Esto permite detectar cambios moleculares producidos por tumores u otras lesiones. Esta ‘linterna molecular’ es ahora una herramienta para investigación, pero se espera que en un futuro pueda ser usada en pacientes. Se publica en Nature Methods. Monitorizar los cambios causados en el cerebro a escala molecular por el cáncer y otras patologías neurológicas, y hacerlo de manera no invasiva, es uno de los grandes retos de la investigación biomédica. Una nueva técnica aún en fase experimental lo consigue, introduciendo luz en el cerebro de ratones mediante una sonda finísima. Lo publica hoy en la revista Nature Methods un equipo internacional del que forman parte grupos del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Los autores se refieren a la nueva técnica con el término «linterna molecular», puesto que informa de la composición química del tejido nervioso al iluminarlo. Permite así analizar cambios moleculares producidos por tumores, ya sean primarios o metastásicos, y también por lesiones como traumatismos craneoencefálicos. La linterna molecular es una sonda de menos de 1 mm de grosor, con una punta de apenas una milésima de milímetro, una micra, invisible a simple vista. Es posible introducirla hasta alcanzar zonas profundas del cerebro sin causar daño (para hacerse una idea, un cabello humano mide entre 30 y 50 micras de diámetro). Esta linterna-sonda no está aún lista para ser usada en pacientes; por ahora es ante todo una “prometedora” herramienta de investigación con modelos animales que permite “monitorizar alteraciones moleculares causadas por una lesión cerebral traumática, así como detectar marcadores diagnósticos de metástasis cerebral con gran precisión”, explican los autores del artículo. Dispositivo de espectroscopía vibracional / Mariam Al-Masmudi. CNIO Dispositivo de espectroscopía vibracional / Mariam Al-Masmudi. CNIO El trabajo lo ha llevado a cabo el consorcio europeo NanoBright, en el que participan dos grupos españoles, el liderado por Manuel Valiente, que dirige el Grupo de Metástasis Cerebral del CNIO, y el Laboratorio de Circuitos Neuronales del Instituto Cajal del CSIC, dirigido por Liset Menéndez de la Prida. Ambos se han ocupado de la investigación biomédica en NanoBright, mientras que grupos de instituciones italianas y francesas han desarrollado la instrumentación. Explorar el cerebro con luz sin alterarlo previamente Activar o registrar la función cerebral usando la luz es sorprendente pero no nuevo. Por ejemplo, las llamadas técnicas optogenéticas permiten controlar con luz la actividad de neuronas individuales. Sin embargo, para ello es necesario introducir en las neuronas un gen que las hace sensibles a la luz. Con la nueva tecnología que ahora presenta NanoBright se puede estudiar el cerebro sin alterarlo previamente, lo que supone un cambio de paradigma en la investigación biomédica. El nombre técnico de la nueva linterna molecular es espectroscopía vibracional. Su funcionamiento se basa en una característica de la luz, el efecto Raman: cuando la luz incide sobre las moléculas, rebota de manera distinta en función de su composición y estructura química, lo que permite detectar una señal o espectro diferente en cada caso. El espectro se convierte así en una firma molecular que informa de la composición del tejido iluminado. “Vemos cualquier cambio molecular producido en el cerebro por una patología o lesión” “Esta tecnología -explica Manuel Valiente- nos permite estudiar el cerebro en su estado natural, no es preciso alterarlo previamente. Pero además posibilita analizar cualquier tipo de estructura cerebral, no solo aquellas que has marcado o alterado genéticamente, como ocurría con las tecnologías usadas hasta ahora. Con la espectroscopía vibracional podemos ver cualquier cambio molecular en el cerebro cuando existe una patología”. La espectroscopía Raman se utiliza ya en neurocirugía, aunque de forma invasiva y menos precisa: “Se han realizado estudios de su uso al operar tumores cerebrales en pacientes -señala Valiente-. En quirófano, una vez eliminado el grueso del tumor con cirugía, es posible introducir una sonda de espectroscopía Raman para evaluar si quedan células cancerígenas en la zona. Es decir, solo se usa cuando el cerebro ya está abierto y el hueco es lo bastante grande. Pero estas ‘linternas moleculares’ de tamaño relativamente grande son incompatibles con un uso mínimamente invasivo para modelos animales en vivo”. Técnica mínimamente invasiva para analizar metástasis La sonda puesta a punto por el consorcio NanoBright es tan fina que el daño que puede producir al ser introducida en el tejido cerebral se considera despreciable. De ahí el calificativo de ‘mínimamente invasiva’. Los autores proponen en Nature Methods aplicaciones concretas. El grupo de Valiente, en el CNIO, ha usado la linterna molecular en modelos experimentales de metástasis cerebral: “Como ocurre con los pacientes, hemos visto frentes del tumor que sueltan células que escaparían a la cirugía”, señala Valiente. “La diferencia con la tecnología existente es que ahora podemos realizar este análisis de manera poco invasiva, y sin limitaciones de si el tumor es superficial o más profundo». Esquema de funcionamiento de la ‘linterna molecular’. Mariam Al-Masmudi. CNIO Esquema de funcionamiento de la ‘linterna molecular’. / Mariam Al-Masmudi. CNIO

Esquema de funcionamiento de la ‘linterna molecular’. / Mariam Al-Masmudi. CNIO

La investigadora añade que «la integración de espectroscopía vibracional con inteligencia artificial nos va a permitir identificar nuevos marcadores diagnósticos de alta precisión».

Esta nueva tecnología abre la puerta a diagnósticos más precisos y tempranos, permitiendo intervenciones más efectivas y personalizadas. A diferencia de las técnicas optogenéticas, la linterna molecular no requiere la modificación genética de las neuronas, lo que facilita su aplicación y amplía su potencial en la investigación biomédica.

La espectroscopía vibracional promete transformar el estudio del cerebro, ofreciendo una ventana sin precedentes a su compleja composición y funcionamiento. La investigación continúa para perfeccionar la técnica y trasladar sus beneficios a la práctica clínica en humanos.


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