Miniscope, pequeño microscopio para estudios neurológicos Omicrono
Este diminuto microscopio será clave para acabar con los misterios del alzhéimer y el párkinson
Los microscopios en miniatura se están utilizado en cientos de laboratorios para desentrañar los secretos del cerebro, tanto sano como enfermo.
22 agosto, 2022 01:04El cerebro ocultará menos secretos gracias a la revolución que está provocando entre los neurocientíficos estos pequeños microscopios del tamaño de una moneda, que se pueden fabricar de forma casera en los laboratorios. Los miniscopios facilitan el estudio de enfermedades como la epilepsia o el alzhéimer, que en España afecta a más de 700.000 personas.
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"A pesar de los muchos avances en neurociencia llevados a cabo en los últimos años, las causas subyacentes de la mayoría de las afecciones neurológicas y psiquiátricas siguen siendo en gran parte desconocidas". Para corregir este retraso que impide desarrollar tratamientos efectivos y prevenir trastornos como el párkinson, el autismo, la epilepsia, la esquizofrenia o el alzhéimer, en el proyecto NIH Brain Iniciative consideran necesario empezar por la creación de nuevas herramientas para estudiar el complejo funcionamiento del cerebro.
Esta iniciativa ha recibido una subvención de 4 millones de dólares para desarrollar versiones más modernas del miniscope (en inglés), un pequeño dispositivo creado hace una década por la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). Los miniscopios, con modelos de solo 22 mm de alto y un peso de 2,6 gramos, han ofrecido mayor libertad para estudiar el cerebro de roedores sanos o enfermos y con los años han facilitado numerosos estudios.
"Su naturaleza de código abierto, básicamente, democratizó el acceso a los microscopios en miniatura", explica el Dr. Peyman Golshani, profesor de neurología en UCLA e investigador principal del proyecto. Con esta nueva inyección de capital se pretende implementar el diseño y la calidad de los resultados de este pequeño microscopio, así como la fabricación y distribución de nuevos equipos de dos fotones.
Equipo portátil
Un pequeño ratón husmea por el laboratorio con cierta libertad y se comporta como su naturaleza le dicta. Solo un detalle es diferente en él, la 'corona' de equipos eléctricos registra la actividad neuronal implantada en su cabeza. Se trata de un diminuto microscopio que ha facilitado la vida a la neurociencia, dando más libertad a investigaciones que se encontraban bloqueadas por el voluminoso tamaño de sus equipos de observación.
Miniscopio en un roedor Omicrono
La actividad neuronal requería el uso de microscopios de mayor tamaño y muy pesados, aparatos fijos que obligaban a realizar el estudio sin libertad de movimiento, inmovilizando la cabeza del roedor. Con la difusión de este miniscope, los investigadores dieron con la posibilidad de implantar el equipo en la cabeza de un animal y estudiar sus neuronas al mismo tiempo que exploraban su entorno, comprendiendo mejor el comportamiento social y la memoria del sujeto.
El miniscope, que mide aproximadamente una pulgada de alto (2,54 cm) y pesa menos de 4 gramos, se encaja en una placa base que ha sido implantada previamente en la parte superior de la cabeza de un animal. A través de una sonda endoscópica, la lente accede al interior del cerebro del ratoncito.
Estructura de Miniscope Omicrono Omicrono
Desde ahí, se captura la actividad neuronal. Luego, los datos se envían mediante un cable a una computadora para su análisis. Existen dos maneras de ver la actividad dentro del cráneo: una es con la excitación de dos fotones a través de un pequeño acceso al cerebro del animal, mientras la otra se realiza mediante fotometría. Eso conlleva insertar cables de fibra óptica en el cerebro para monitorizar la fluorescencia del calcio en una zona concreta.
Los dos nuevos microscopios que crearán con la reciente financiación se basarán en la técnica bifotónica y destacarán por un diseño más compacto y por ofrecer mejores resultados. Se tienen que poder colocar sobre la cabeza de los animales y producir imágenes con mejor resolución que las versiones anteriores. "Permitirán a los investigadores ver la estructura fina de las conexiones en el cerebro, en lugar de solo los cuerpos celulares", explica la universidad, que aspira a obtener un campo de visión más grande que cualquier microscopio similar.
Representación de la actividad neurológica en el cerebro.
Un miniscopio será lo suficientemente liviano como para que lo use un ratón y tendrá un campo de visión más grande que cualquier microscopio similar. Por otro lado, el segundo modelo se usará en una rata y obtendrá imágenes de miles de células cerebrales simultáneamente.
Décadas de investigación
El primer aparato de estas características data de 2008, cuando el equipo de Mark Schnitzer en la Universidad Stanford presentó un microscopio de fluorescencia de 1,1 gramos conectado a una cámara externa a través de cables de fibra óptica. Su diseño y resolución mejoraron con el tiempo y se pusieron a la venta para el resto de la comunidad científica.
Primeros prototipos de Miniscope con cable Omicrono Omicrono
Pero al ser un equipo caro, muchos proyectos de investigación no podían incluirlo en sus presupuestos. Por ello, el Dr. Peyman Golshani de UCLA decidió crear una versión más casera y de código abierto, cuyos materiales solo cuestan entre 1.000 y 2.000 dólares, para llevarlo a más laboratorios.
Se creó una web gratuita en la que compartir sus avances con el resto de la comunidad neurocientífica y que cualquier laboratorio pudiera construir su propio miniscopio y modificarlo sin requerir soldaduras o ensamblajes complicados. Desde entonces, este pequeño aparato ha evolucionado, por ejemplo, en 2018 los doctores Basso y Golshani anunciaron su intención de liberar el dispositivo del uso de cables.
Maqueta de un cerebro humano Omicrono
Mientras tanto, el dispositivo se ha utilizado en más de 500 laboratorios en muy diversos estudios. Sirven para comprender el funcionamiento de cerebros sanos en proyectos como el de The Haptic Lab, donde trabajan para desarrollar modelos mecánicos de cómo se perciben y manipulan los objetos con las manos.
En 2016, se utilizó para comprender cómo el cerebro vincula los recuerdos a lo largo del tiempo, según un estudio publicado en Nature. También en esta prestigiosa revista científica se explicó en otro estudio de 2019 cómo la codificación espacial se descompone en la epilepsia, provocando graves déficits cognitivos. Son proyectos centrados en analizar uno de los órganos más importantes del cuerpo de los animales y trasladar esos nuevos conocimientos al tratamiento de los millones de personas que necesitan ayuda.
