Las herramientas de diagnóstico por imágenes, como los rayos X y la resonancia magnética, han revolucionado la medicina al ofrecer a los médicos una vista cercana del cerebro y otros órganos vitales de las personas que viven y respiran. Ahora, los investigadores de la Universidad de Columbia reportan una nueva forma de hacer zoom en las escalas más pequeñas para rastrear los cambios dentro de las células individuales.descrito en el último número de Nature Communications, la herramienta combina un trazador químico ampliamente utilizado, D2O, o agua pesada, con un método relativamente nuevo de imágenes láser llamado dispersión Raman estimulada (SRS)., Las aplicaciones potenciales de la técnica incluyen ayudar a los cirujanos a eliminar tumores de forma rápida y precisa, ayudar a detectar lesiones en la cabeza y trastornos metabólicos y del desarrollo. «podemos usar esta tecnología para visualizar las actividades metabólicas en una amplia gama de animales», dijo el autor principal del estudio, Wei Min, profesor de química en la Universidad de Columbia. «Al rastrear dónde y cuándo se fabrican nuevas proteínas, lípidos y moléculas de ADN, podemos aprender más sobre cómo se desarrollan y envejecen los animales, y qué sale mal en el caso de lesiones y enfermedades.,»

The breakthrough involves the use of heavy water as a chemical tracer. Hecho al intercambiar los átomos de hidrógeno del agua con su pariente más pesado, el deuterio, el agua pesada se ve y sabe como el agua normal y en pequeñas dosis (no más de cinco cucharadas para los seres humanos) es segura para beber. Una vez metabolizada por las células del cuerpo, el agua pesada se incorpora a proteínas, lípidos y ADN de Nueva fabricación, donde el deuterio forma enlaces químicos con el carbono.,

cuando estos enlaces carbono-deuterio son golpeados por la luz, vibran a frecuencias variables, descubrieron los investigadores, lo que permite que cada macromolécula se identifique como una proteína, lípido o ADN. A partir de estas firmas de frecuencia, podrían rastrear el crecimiento de nuevas proteínas, lípidos y ADN en el cerebro, la piel, el intestino y otros órganos del animal.

aunque el agua pesada ya se usa para etiquetar proteínas y lípidos para rastrear los cambios metabólicos, el análisis se realiza actualmente en un espectrómetro de masas, en células extraídas del cuerpo., Este método ahora hace posible visualizar cambios subcelulares en tiempo real y espacio. «Tenemos una imagen continua de lo que está sucediendo dentro de las células animales vivas. Anteriormente, solo teníamos una instantánea», dijo el coautor principal del estudio, Lingyan Shi, investigador postdoctoral en Columbia.

en el estudio, los investigadores diluyeron agua regular con D2O y se la dieron a nematodos, ratones y embriones de pez cebra para beber. Apuntando el láser SRS a una variedad de tejidos, observaron durante horas y días cómo se acumulaban nuevas proteínas, lípidos y ADN marcados con deuterio.,

en un experimento, observaron emerger una línea brillante alrededor de tumores cerebrales y de colon de rápido crecimiento en los ratones. A medida que las células cancerosas se dividían, más deuterio se incorporaba a sus proteínas y lípidos recién hechos. «Este método crea una línea nítida entre el tejido sano y el canceroso, lo que hace que sea mucho más fácil extirpar el tumor», dijo Shi.

Los experimentos también ofrecieron nuevos conocimientos sobre el desarrollo celular y el envejecimiento.

– En el gusano redondo, observaron el aumento y la caída de la producción de grasa en el sistema reproductivo del gusano a medida que envejecía., La grasa ayuda a los huevos del gusano a madurar, y una vez que esta grasa añadida ya no era útil, la formación de grasa se ralentizó, encontraron. También vieron grupos de nueva forma de proteína en el cuerpo del gusano más antiguo, lo que sugiere que las imágenes SRS marcadas con deuterio podrían usarse para rastrear depósitos de proteínas y, por lo tanto, enfermedades relacionadas con el envejecimiento.

– en los cerebros en desarrollo de ratones bebés, observaron la formación de una capa de grasa aislante, llamada vaina de mielina, alrededor de cada célula., Observar el proceso en tiempo real sugirió a los investigadores que las imágenes SRS etiquetadas con deuterio podrían usarse para saber si el cerebro de un niño se está desarrollando correctamente, o si los pacientes que sufren de esclerosis múltiple, una enfermedad que ataca la mielina del cerebro e interrumpe el flujo de información, podrían estar recuperándose.

– en las células de las glándulas sudoríparas de ratones, observaron cómo se formaban nuevos lípidos en las células en los bordes externos de las glándulas sudoríparas, empujando las células más antiguas hacia el interior., Cuando esas células viejas finalmente llegaron al centro de las glándulas, murieron y fueron expulsadas en un proceso pensado para hidratar la piel y el cabello por encima.»la belleza de este método de mapeo es su simplicidad», dice Eric Potma, profesor de química de la Universidad de California en Irvine que no participó en el estudio. «Produce imágenes vívidas de la actividad metabólica en los tejidos con un esfuerzo aparentemente mínimo. A medida que el microscopio SRS continúa haciéndose más pequeño, las imágenes SRS marcadas con deuterio pueden ayudar a detectar tumores en etapas mucho más tempranas.,»

actuando en una corazonada de que el elemento hidrógeno vino en una forma más pesada, Harold Urey, entonces profesor de química en Columbia, logró separar el deuterio del hidrógeno líquido en 1931. El descubrimiento le valió un Premio Nobel de química tres años después. Además de servir como trazador en la espectroscopia de masas, el deuterio hoy en día se utiliza para rastrear los cambios en la circulación oceánica, estudiar la formación de estrellas y modular las reacciones químicas en la fabricación de energía nuclear.este artículo ha sido republicado de materiales proporcionados por Columbia University., Nota: el material puede haber sido editado por extensión y contenido. Para más información, sírvase ponerse en contacto con la fuente citada.Lingyan Shi, Chaogu Zheng, Yihui Shen, Zhixing Chen, Edilson S. Silveira, Luyuan Zhang, Mian Wei, Chang Liu, Carmen de Sena-Tomas, Kimara Targoff, Wei Min. Imagen óptica de la dinámica metabólica en animales. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-05401-3.