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La tecnología de imagenología tridimensional abre una nueva ventana al encéfalo

Una innovadora tecnología de imágenes neuronales tridimensionales (3D) podría permitir a los científicos comprender mejor cómo procesa la información el encéfalo. Mejorar nuestros conocimientos sobre el funcionamiento del encéfalo nos permitirá descubrir tratamientos nuevos para las enfermedades y los trastornos neurológicos.

Salud

El encéfalo se organiza en estructuras que abarcan una amplia variedad de escalas espaciales. Estas incluyen uniones sinápticas muy pequeñas que conectan las neuronas a través de estructuras encefálicas más grandes como la neocorteza y el cerebelo. «Para comprender la manera en que el encéfalo representa la información sensorial y motora, así como la manera en que aprende y lleva a cabo tareas cognitivas, necesitamos ser capaces de medir señales a medida que estas fluyen a través de los circuitos neuronales», explica Angus Silver, coordinador del proyecto 3DSCAN y catedrático de Neurociencia del University College de Londres (el Reino Unido). Con este fin, los neurocientíficos utilizan cada vez más la microscopia de dos fotones, un tipo especial de microscopia de fluorescencia. «Las técnicas de imagenología de fluorescencia multifotónica permiten a los científicos “visualizar” la actividad neuronal de los circuitos encefálicos mientras un animal está llevando a cabo una tarea conductual», explica Silver.

Lente acústico-óptica

Incluso con la aplicación de esta tecnología punta, sigue siendo extremadamente complicado medir la actividad encefálica. Un reto fundamental es que los microscopios convencionales de dos fotones generan imágenes bidimensionales y tardan tiempo en enfocar a diferentes profundidades. «Uno de los objetivos fundamentales de mi investigación es comprender la manera en que el cerebelo y la neocorteza representan y procesan la información sensorial y motora durante la adquisición de comportamientos cualificados», señala Silver. «Mientras que la microscopia de dos fotones ofrece la mejor herramienta para estudiar la estructura y el funcionamiento del encéfalo a nivel sináptico, neuronal y de circuitos, consideraba que la actividad de seguimiento de los circuitos cerebrales en 3D requería una resolución temporal mejor». Para superar este escollo y con la ayuda de una subvención anterior de la Unión Europea, Silver y su equipo desarrollaron una tecnología de escaneado 3D basada en una lente acústico-óptica (AOL, por sus siglas en inglés). Esta lente consta de cuatro deflectores acústico-ópticos dispuestos en serie, los cuales se incorporan a un microscopio de dos fotones. Un equipo del proyecto, formado por ingenieros eléctricos, físicos teóricos, programadores informáticos y físicos experimentales, construyó y probó la innovación y pudo verificar su eficacia. «Observamos que ahora podemos explorar de forma selectiva y precisa estructuras neuronales en 3D, como los árboles dendríticos, a alta velocidad», explica Silver. La tecnología de escaneado 3D AOL no lineal ha sido patentada por UCL Business.

Nuevas herramientas

El objetivo del proyecto 3DSCAN más reciente era seguir trabajando sobre este éxito y facilitar la comercialización de esta innovadora tecnología de escaneado 3D. Para ello, se proporcionó apoyo a la protección de la propiedad intelectual, se redefinieron técnicas de fabricación de bajo coste y se exploraron mercados potenciales y posibles socios industriales en campos como la microscopia y las biociencias. «Esta subvención permitió a Agile Diffraction, una empresa derivada de UCL, firmar un acuerdo de licencia exclusiva con UCL Business para el acceso a propiedad intelectual clave con el fin de comercializar y sublicenciar la tecnología», comenta Silver. «Desde entonces se ha probado el proceso de fabricación del escáner AOL 3D y se ha utilizado la financiación de los fundadores para adquirir el inventario necesario para comenzar a construir escáneres láser AOL». Si bien el microscopio de dos fotones se ha convertido en un instrumento importante de la caja de herramientas de los neurocientíficos, Silver cree que esta tecnología 3D ampliará todavía más esta funcionalidad. El escáner ya se comercializa y la empresa está contactando con científicos individuales interesados en adquirir escáneres AOL 3D para sus laboratorios e instituciones. Una ventaja fundamental de esta tecnología de escaneado es que se puede añadir a microscopios de dos fotones ya existentes. «La historia de la neurociencia muestra que nuestra comprensión del encéfalo se ha visto limitada en gran medida por la tecnología disponible», añade. Silver confía en que el escáner AOL 3D no lineal acelerará el ritmo de los descubrimientos en la investigación sobre circuitos, lo cual agilizará el desarrollo de tratamientos nuevos para las enfermedades y los trastornos neurológicos.

Palabras clave

3DSCAN, encéfalo, neuronal, microscopia, biociencias, neuronas, sensorial, neurociencia

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