Por primera vez, se logró visualizar la expresión simultánea de dos genes diferentes usando resonancia magnética y representarlos en colores distintos.
El uso del color ha sido fundamental para mejorar la comprensión de fenómenos complejos en múltiples disciplinas, incluida la biología. En particular, la visualización de procesos celulares mediante técnicas que asignan colores contrastantes a diferentes marcadores moleculares ha permitido a los científicos observar con mayor claridad la dinámica de la expresión génica.
Si se lograra mapear en tiempo real esta actividad en el interior del cuerpo humano, sería posible acceder a información biológica esencial que, hasta ahora, permanece fuera del alcance de las herramientas tradicionales de diagnóstico por imágenes.
Sin embargo, como lo señala el medio Infobae las proteínas fluorescentes multicolores empleadas por la comunidad científica para "iluminar" el funcionamiento interno de las células presentan limitaciones. Estas proteínas no permiten observar con claridad procesos que ocurren en zonas profundas del cuerpo, debido a que el grosor de los tejidos impide que la luz utilizada en estas técnicas llegue con suficiente intensidad.
Investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias han demostrado que es posible superar esta barrera mediante el uso de imágenes por resonancia magnética (RM), cuya señal de radiofrecuencia, a diferencia de la luz, no se ve obstaculizada por la densidad de los tejidos.
En un estudio publicado en Nature Biotechnology, los autores presentan un método que permite rastrear, de manera simultánea y en dos colores distintos, la expresión de dos genes diferentes utilizando RM.
Este avance podría abrir nuevas posibilidades tanto en investigación básica como en aplicaciones clínicas. Una vez desarrollado completamente, el método podría utilizarse para estudiar cómo una región del cerebro influye sobre otra, monitorear los efectos de terapias contra el cáncer o rastrear el destino de células madre introducidas en el cuerpo con fines terapéuticos.
"La resonancia magnética podría utilizarse algún día para observar el interior del cuerpo durante un período prolongado, para ver qué ocurre en los tejidos sin necesidad de extirparlos para su estudio al microscopio", explica el Dr. Amnon Bar-Shir, del Departamento de Química Molecular y Ciencia de los Materiales, quien lideró el equipo de investigación. "Nuestro método supone un gran paso en esa dirección".
Cuando en 2008 se otorgó el Premio Nobel de Química por el desarrollo de proteínas fluorescentes empleadas como "reporteros" para visualizar la expresión génica al microscopio, uno de los galardonados, el fallecido Roger Y. Tsien, anticipó que estas herramientas tendrían limitaciones y que técnicas como la resonancia magnética podrían superarlas en el futuro.
Su predicción ha resultado acertada. Las resonancias magnéticas tradicionales, que producen imágenes en escala de grises, permiten observar estructuras anatómicas, pero no reflejan la actividad génica. Incluso las versiones avanzadas de RM multicolor, posibles en contextos específicos, no ofrecen una visualización eficaz de la expresión genética.
Hasta ahora, las técnicas que adaptaban la RM a la expresión génica solo permitían rastrear un gen a la vez. Esto se lograba a través de un cambio en la intensidad de la señal, representado como un punto oscuro en la imagen. Lo que faltaba era la capacidad de observar varios genes al mismo tiempo, idealmente asignando a cada uno un color distinto, como ocurre con las técnicas fluorescentes.
Para lograrlo, los científicos del Instituto Weizmann desarrollaron un procedimiento en dos etapas. En primer lugar, modificaron genéticamente dos grupos de células para que cada uno expresara una de dos proteínas diseñadas específicamente para el estudio.
Paralelamente, desarrollaron una mezcla de dos tipos de sondas moleculares, diseñadas para ser inyectadas en el torrente sanguíneo y acumularse únicamente en las células que expresaban dichas proteínas. Cada sonda estaba diseñada para emitir una señal ante diferentes frecuencias de RM, y cada una de estas señales podía representarse con un color diferente.
El estudio fue liderado por la Dra. Hyla Allouche-Arnon, investigadora del laboratorio de Bar-Shir. También participaron el Prof. Sarel Fleishman y la Dra. Olga Khersonsky, del Departamento de Ciencias Biomoleculares. Los experimentos se llevaron a cabo en ratones vivos utilizando un escáner de resonancia magnética de alta potencia, con un imán de aproximadamente 15 teslas, uno de los pocos dispositivos de este tipo existentes en el mundo.
Este equipo permitió captar las frecuencias específicas emitidas por las sondas moleculares y, con ello, determinar la ubicación exacta de las células que expresaban cada una de las proteínas, representándolas en colores verde y rosa.
"La expresión génica nos permite saber qué hace cada célula", indica Allouche-Arnon. "Gracias a nuestro método, la resonancia magnética puede ser aplicada por investigadores de diversos campos para rastrear la actividad de todo tipo de procesos, por ejemplo, aquellos que involucran diferentes tipos de células cerebrales o inmunitarias".
Los investigadores señalan que el método podría desarrollarse aún más para mapear, simultáneamente y en color, la expresión de más de dos genes. Si se logra adaptar para su uso en humanos, permitiría observar procesos biológicos clave de forma no invasiva.
En aplicaciones como la terapia celular contra el cáncer, se podrían usar sondas de distintos colores para rastrear simultáneamente la posición de un tumor y de las células terapéuticas introducidas.
El estudio contó con la participación de otros investigadores del Instituto Weizmann, incluidos Nishanth D. Tirukoti, estudiante del laboratorio de Bar-Shir; el Dr. Yoav Peleg, la Dra. Orly Dym, la Dra. Shira Albeck, el Dr. Alexander Brandis y Tevie Mehlman, del Departamento de Instalaciones Básicas de Ciencias de la Vida; la Dra. Liat Avram y la Dra. Talia Harris, del Departamento de Apoyo a la Investigación Química; y el Dr. Nirbhay N. Yadav, de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
