El revolucionario «atlas» que está ayudando a los científicos a mapear la última frontera del cerebro
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Durante más de un siglo, los neurocientíficos han estudiado el cerebro humano de forma muy similar a como los cartógrafos en la antigüedad mapeaban tierras desconocidas: ensamblando un panorama vasto a partir de observaciones dispersas.
Aun hoy en día, los patólogos que diagnostican trastornos como la enfermedad de Alzheimer típicamente examinan un puñado de muestras del tejido de un órgano que contiene unos 80.000 millones de neuronas. Mucho continúa invisible.
Es por eso que los científicos del Centro para el Cerebro Sudha Gopalakrishnan (SCBC, por sus siglas en inglés) del Instituto de Tecnología Indio, en Madrás (IIT-M) creen haber dado un paso importante para llenar uno de los vacíos más grandes de la neurociencia.
Han producido lo que describen como el atlas tridimensional del tronco encefálico humano más detallado del mundo, un mapa digital que permite a los científicos recorrer sin interrupciones desde resonancias MRI de todo el cerebro hasta células nerviosas individuales.
Llamado ANCHOR (las siglas en inglés de Atlas de la Caracterización Neuroquímica del Tronco Encefálico Humano con Reconstrucción en 3D), combina más de 500 secciones de tejido cerebral de fetos, niños y adultos.
Elaborado con imágenes de microscopio de alta resolución en lugar de las más caras técnicas moleculares, crea un mapa tridimensional detallado del tronco encefálico, identificando más de 200 racimos de células cerebrales y vías nerviosas.
Ocho marcadores químicos ayudan a distinguir los diferentes tipos de células, produciendo uno de los retratos más claros de esta vital pero poco entendida parte del cerebro.
El tronco encefálico solo ocupa una fina porción del cerebro, pero es lo que mantiene a la persona con vida. Vincula el cerebro a la médula espinal y controla la respiración, el ritmo cardíaco, el sueño, la vigilia y el movimiento.
Los daños a los minúsculos racimos de células en su interior pueden resultar catastróficos, pero la densa arquitectura de esa región ha frustrado durante mucho tiempo los intentos de mapearla en detalle.
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Un sueño
La importancia de ANCHOR no yace simplemente en producir otro mapa anatómico, sino en unir dos mundos que se han mantenido separados en gran parte: el escaneo médico, que muestra el cerebro como un todo, y la patología celular, que lo revela célula por célula.
«Estamos viendo una programa visionario que coloca a India en la vanguardia internacional», dice Shubha Tole, neurocientífico indio del Instituto Tata de Investigación Fundamental, quien describe el proyecto como una «integración sin precedentes» de ingeniería, neurociencia y medicina.
Los médicos típicamente comienzan examinando todo el cerebro en una autopsia o un tejido retirado durante una neurocirugía. Un cerebro adulto pesa entre 1,2 y 1,5 kg, y sus pliegues y estructuras principales pueden revelar pistas importantes antes de que empiece la examinación microscópica.
«Como neuropatóloga, empiezo por examinar todo el cerebro con el ojo desnudo antes de mirar segmentos pequeños bajo el microscopio», dice Rebecca Folkerth, quien está afiliada a la Escuela de Medicina de Harvard y a la Universidad de Nueva York y colaboró con el equipo del centro SGBC.
«Para la enfermedad de Alzheimer, estaríamos examinando solo entre 15 y 20 secciones, apenas una fracción del 1% de todo el órgano».
Esa ha sido la práctica desde el trabajo pionero del neurocientífico español Santiago Ramón y Cajal hace más de un siglo. Las resonancias magnéticas por imágenes modernas revelan todo el cerebro pero les hace falta el detalle celular; los microscopios revelan las células individuales pero únicamente en tajadas aisladas.
«Lo que el centro indio ha creado es esencialmente lo que soñé al comienzo de mi carrera; que los escaneos del cerebro igualen la anatomía microscópica del cerebro», explicó a la BBC Rebecca Folkerth, quien ha estudiado miles de cerebros a lo largo de más de tres décadas.
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Disponible en internet
ANCHOR busca cerrar esa brecha.
Los usuarios pueden hacer zoom desde la imagen de todo el tronco encefálico hasta ver cada neurona individual sin perder sus relaciones espaciales precisas. Los investigadores han dispuesto el atlas online gratis, esperando que se convierta en una herramienta de referencia para neurocientíficos, neurólogos y neurocirujanos en todo el mundo.
Sus aplicaciones también podrían extenderse más allá de la anatomía.
Al comparar los mapas de un tronco encefálico saludable con tejido enfermo, los científicos podrían entender mejor desde la enfermedad de Parkinson y los accidentes cerebrovasculares hasta la enfermedad de Alzheimer y el síndrome de muerte súbita del lactante (SMSL). Los mapas más precisos también podrían ayudar a los neurocirujanos a navegar una de las regiones más delicadas del cerebro con mayor confianza.
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ANCHOR no es una herramienta de diagnóstico. En cambio, su valor más grande yace en las preguntas que podría ayudar a contestar.
Partha Mitra, una científica cerebral del prestigioso Laboratorio Cord Spring de Nueva York que ha trabajado con el SGBC, señala que los atlas detallados del cerebro como este podrían tener un «impacto transformador» en el estudio de las enfermedades neurológicas al revelar, célula por célula, como los cerebros que son afectados por enfermedades como el Alzhéimer o el autismo difieren de los que son saludables.
También podrían ayudar a explicar cómo las infecciones, incluyendo covid-19, pueden desencadenar daños neurológicos a largo plazo, contó Mitra a la BBC.
Tomando el accidente cerebrovascular como ejemplo, Folkerth afirma que el atlas ha revelado nuevas características que podrían ayudar a los médicos a preservar tejido cerebral dañado pero aún recuperable, potencialmente mejorando el pronóstico del paciente. Otros científicos indican que el atlas también podría ayudar a los neurocirujanos navegar el tronco encefálico con mayor seguridad.
Simpleza y costo módico
Parte del atractivo de este atlas está en su simplicidad. Al haber sido elaborado a partir de imágenes en alta resolución de cortes delgados de tejido cerebral post mortem, permite un mapeo detallado a nivel celular a costo módico.
Eso, asegura Mitra, ha hecho posible que se mapee el tronco encefálico a un nivel sin precedentes.
El logro refleja una transformación más amplia de la neurociencia, en la que el progreso depende cada vez más tanto de la ingeniería y la computación como de la biología.
Alrededor de 20 científicos pasaron 18 meses en el SGBC analizando manualmente más de 200 secciones de cerebro, combinando resonancias magnéticas por imágenes, anatomía microscópica y reconstrucción en 3D en un atlas digital único. El centro ahora reúne más de 200 investigadores, ingenieros y técnicos que trabajan con colaboradores de todo el mundo.
El resultado sirve para llenar una sorpresiva brecha en la neurociencia.
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Los científicos han mapeado los cerebros de varias especies de animales en sorprendente detalle, pero el cerebro humano ha sido comparativamente poco explorado debido a que los estudio detallados del tejido cerebral humano son escasos, comentó a la BBC Mohanasankar Sivaprakasam, director del SGBC.
Eso no significa que los científicos no hayan tenido atlas cerebrales. «Diferentes atlas hacen diferentes cosas», expresó Mitra.
Los atlas basados en resonancias magnéticas plasman la estructura general del cerebro, pero no las células individuales. Los atlas histológicos mapean su arquitectura con resolución celular usando imágenes microscópicas de cortes de tejido. Nuevas técnicas moleculares van un paso más allá, detectando la identidad precisa de cada célula.
Pero los científicos todavía conocen bastante poco sobre cómo las casi 20.000 proteínas del cerebro están distribuidas en las diferentes regiones y tipos de células, una frontera que posiblemente defina la próxima generación del mapeo cerebral.
«Cada cerebro», sostiene Folkerth, «es un cofre de tesoros de conocimiento nuevo».
El SGBC ahora planea escanear más de 100 cerebros humanos completos a lo largo de diferentes etapas de la vida y con trastornos neurológicos diferentes, incluyendo la enfermedad de Alzheimer y la demencia, para crear una biblioteca de referencia que podría revelar cómo estas patologías reestructuran el cerebro célula por célula.
El nuevo atlas no resolverá los misterios del cerebro humano. Pero al dar a los científicos un mapa más detallado, podría ayudarles a formular -y finalmente contestar- mejores preguntas.
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Fuente de TenemosNoticias.com: www.bbc.com
En la sección: BBC Mundo
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