CLARITY

Artículo original: CLARITY,  Ryan Jones

Traducido por Maia Jackson

Vivimos en un mundo tridimensional.   X, Y y Z son las coordenadas que definen el espacio el cual ocupamos y son las fronteras que definen el mundo natural.   La naturaleza ha aprendido a aprovechar enteramente este espacio y ha creado estructuras hermosas tridimensionales que llenan cada dimensión a su máximo. Abajo hay una foto de unos de mis fotógrafos favoritos, Ansel Adams.   Esta foto tiene una composición maravillosa, una exposición e iluminación perfectas y el toque artístico de un maestro fotógrafo.  Y aunque es una foto maravillosamente hermosa, se tiene que admitir que algo se pierde cuando se intenta ver una estructura tridimensional tan hermosa en un formato bidimensional.  La amplitud de sus ramas y como se extienden radialmente desde el tronco, los finos detalles de cada hoja individual y la manera en la que el árbol se balancea suavemente en la brisa se pierden cuando se aplanan para crear una simple imagen.

Figura 1: ´Roble, Amanecer` Ansel Adams

Los neurocientíficos se han enfrentado a estos mismos problemas durante décadas.  El cerebro, como un roble, es una estructura compleja y tridimensional que se ha optimizado para procesar información en un mundo tridimensional.  Igualmente, hay una cantidad enorme de conocimiento que puede adquirirse entendiendo la estructura tridimensional de las neuronas dentro del cerebro y cómo esta estructura podría ser alterada por las enfermedades. Desafortunadamente, la física óptica y la microscopía han dificultado nuestro intento por estudiar la conectividad tridimensional de las neuronas en un cerebro entero.  A consecuencia, los científicos típicamente cortan el cerebro en secciones muy delgadas (¡alrededor de 0.4mm!) que pueden montarse en portaobjetos para luego visualizarlas con microscopios altamente sofisticados.  La figura 2 muestra la imagen de una neurona que se obtuvo usando este método.  Como el roble, esta foto contiene un montón de información sobre la estructura y biología de la neurona, pero también hay mucha información tridimensional perdida.  Hay mucho que los neurocientíficos pueden aprender de las imágenes bidimensionales del cerebro, pero para verdaderamente entender cómo se comunican las neuronas dentro del cerebro, hay que conocer la conectividad tridimensional.

Figura 2: Neurona que expresa proteína fluorescente verde (o GFP, por sus siglas en inglés) en el giro dentado del hipocampo.

En las últimas décadas, nuevas técnicas, como la microscopía «confocal» y la de «dos-fotones», combinadas con algoritmos informáticos avanzados, han comenzado a revelar la estructura tridimensional del cerebro, y el miércoles publicaremos una infografía que describe estas técnicas de microscopía.  Sin embargo, un informe reciente publicado en Nature por el laboratorio de Karl Deisseroth en la Universidad de Stanford, ha desarrollado nuevas técnicas de bioingeniería que pueden resolver muchos de los problemas que han obstaculizado el entendimiento tridimensional del cerebro usando las técnicas de microscopía actuales.

CLARITY (que se traduciría a «claridad» en español) es una técnica nueva para procesar el tejido cerebral, y que convierte este tejido normalmente opaco en tejido completamente transparente.   Abajo, en la figura 3, vemos unas imágenes antes y después que el cerebro de un ratón haya sido tratado con el proceso de CLARITY.  En resumen, CLARITY funciona creando un entramado de hidrogel que inmoviliza todas las proteínas del cerebro.  Entonces, todos los lípidos pueden ser extraídos sin alterar las estructuras proteínicas. Puesto que las bicapas lipídicas neuronales y de otras células son la razón principal por la cual la luz no puede atravesar el cerebro, ¡extraerlas dejaría el cerebro casi totalmente transparente!

Figura 3: El procedimiento de CLARITY completamente elimina los lípidos del cerebro, haciéndolo transparente.

Con CLARITY, ¡el laboratorio de Deisseroth ha podido usar técnicas estándares de microscopía para captar imágenes de la conectividad neuronal tridimensional en un cerebro intacto de ratón! Finalmente, el laboratorio de Deisseroth ha podido emplear la técnica de CLARITY en una sección pequeña de tejido cerebral de una persona autista y ha podido tomar imágenes de la conectividad tridimensional de sus neuronas.   Aún con este estudio preliminar, los investigadores encontraron la misma conectividad anormal que habían visto en modelos animales de autismo ¡La técnica de CLARITY tiene el potencial de completamente revolucionar el campo entero de la neurociencia y la investigación biomédica en general!  Podríamos imaginar qué fotografías tan maravillosas hubiera podido sacar Ansel Adams con una técnica como esta.

 

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Referencias:  Chung et al. Structural and molecular interrogation of intact biological systems. Nature. 2013. DOI: 10.1038/nature12107

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Autor Ryan Jones
Illustrador http://clarityresourcecenter.org
Editores Chris Gabriel and Lauren Wagner
Traducido por Maia Jackson

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