Los investigadores desarrollan métodos de imágenes para examinar los procesos corporales, desde los bloques de construcción individuales hasta el sistema completo – ScienceDaily

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Los procesos y estructuras dentro del cuerpo que normalmente están ocultos al ojo pueden hacerse visibles a través de imágenes médicas. Los científicos están utilizando imágenes para estudiar las funciones complejas de las células y los órganos y buscar formas de detectar y tratar mejor las enfermedades. En la práctica médica diaria, las imágenes corporales ayudan a los médicos a diagnosticar enfermedades y controlar si las terapias están funcionando. Para poder representar procesos específicos en el cuerpo, los investigadores están desarrollando nuevas técnicas para etiquetar células o moléculas para que emitan señales que puedan detectarse fuera del cuerpo y convertirse en imágenes significativas. Un equipo de investigación de la Universidad de Münster ha adaptado por primera vez una estrategia de etiquetado celular que se utiliza actualmente en microscopía, la denominada tecnología SNAP-tag, para la obtención de imágenes de todo el cuerpo con tomografía por emisión de positrones (PET).

Este método etiqueta las células en dos pasos que funcionan para tipos de células completamente diferentes, como las cancerosas y las inflamatorias. Primero, las células se diseñan genéticamente para producir una enzima denominada SNAP-tag en su superficie que es exclusiva de las células diana. A continuación, la enzima se pone en contacto con un sustrato de etiqueta SNAP adecuado. El sustrato se marca con un emisor de señal y se estructura químicamente para ser reconocido y dividido por la enzima, lo que permite que el emisor de señal se transfiera a la enzima. En el proceso, la enzima se modifica para que ya no esté activa y, como resultado, el emisor de señal permanece estrechamente acoplado a ella. «A través de su actividad biológica, las enzimas SNAP-tag se auto-etiquetan, por así decirlo, esto ocurre muy rápidamente y sin perturbar los procesos naturales en el cuerpo», explica Dominic Depke, estudiante de doctorado en biología y uno de los autores de. el nuevo estudio.

En microscopía, los tintes fluorescentes se utilizan para marcar las células, pero en su mayoría no son adecuados para la obtención de imágenes de todo el cuerpo porque sus señales se dispersan por capas de tejido más gruesas con el resultado de que ya no se pueden medir. Para resolver este problema, los científicos sintetizaron un nuevo sustrato de etiqueta SNAP utilizando el emisor de señales radiactivas de flúor-18. El equipo etiquetó con éxito las células cancerosas en ratones inyectando este sustrato en el cuerpo a través del torrente sanguíneo y luego pudo visualizar los tumores mediante imágenes de PET. «Lo interesante para nosotros acerca de la tecnología de etiquetas SNAP es que abre la posibilidad de ver células codificadas genéticamente en el cuerpo con diferentes modalidades de imágenes y en diferentes etapas de tiempo; lo llamamos imágenes multiescala», explica el especialista en medicina nuclear, el profesor Michael Schäfers. . «Las señales radiactivas del flúor-18 permanecen estables por poco tiempo», añade el Dr. Christian Paul Konken, radioquímico, «pero como podemos repetir el segundo paso de etiquetado, podemos visualizar potencialmente las mismas células una y otra vez durante días y semanas. «. El alto nivel de detalle proporcionado por la microscopía nos permite estudiar cómo las células individuales se comunican entre sí. La descripción general proporcionada por las imágenes de todo el cuerpo permite a los científicos evaluar cómo funcionan estas células como parte de sistemas de órganos completos. El tiempo puede revelar qué papel juegan los tipos de células individuales en la inflamación, por ejemplo, cuándo comienza, continúa y se resuelve. «Solo combinando toda esta información podemos comprender cómo todo está conectado en el cuerpo», dice Michael Schäfers.

Un pequeño comienzo con gran potencial

«Nuestras investigaciones son un primer paso, en el que hemos demostrado que el etiquetado de células marcadas con SNAP funciona, en principio, en organismos vivos», enfatiza la bioquímica Prof Andrea Rentmeister. «Lo que importa aquí es que el sustrato se distribuye rápidamente en el organismo y que se une exclusivamente a las células a estudiar». Los siguientes pasos cruciales serán probar cuántas células se necesitan para obtener una señal lo suficientemente fuerte y si el método también se puede utilizar para visualizar las células que se mueven por el cuerpo, especialmente las células del sistema inmunológico. Si el enfoque continúa teniendo éxito, la técnica podría volverse importante para futuras investigaciones sobre inmunoterapias en las que las células inmunitarias del cuerpo se diseñan genéticamente en el laboratorio para que puedan combatir una enfermedad específica. Estas terapias ya se están utilizando para tratar el cáncer y también tienen el potencial de ayudar a tratar enfermedades inflamatorias. Las imágenes podrían ayudar a desarrollar y mejorar dichos tratamientos.

Cuando los científicos presentaron por primera vez sus resultados en un simposio científico, se llevaron una sorpresa: colegas de Tubinga presentaron simultáneamente un estudio similar. Independientemente del otro, ambos grupos de investigación tenían la misma idea fundamental, un sustrato de etiqueta SNAP marcado con flúor-18. Químicamente hablando, implementaron la idea de manera diferente, pero probaron los sustratos resultantes utilizando el mismo sistema de modelo biológico y obtuvieron resultados similares. «Esto muestra cuán actual es nuestra demanda y que nuestros resultados son reproducibles y realmente prometedores», dice Michael Schäfers. Añade que el equipo de Tübingen está desarrollando nuevos métodos de etiquetado para estudiar las células inmunitarias en el cáncer, mientras que el equipo de Münster se centra en las enfermedades inflamatorias, por lo que la investigación se integra muy bien. El grupo de investigación de Münster publicó su estudio en la revista científica «Chemical Communications», solo unos días después de que la publicación en Tübingen fuera publicada en «Pharmaceuticals».

Cree un nuevo sustrato para la etiqueta SNAP

Como todos los sustratos de etiquetas SNAP, la molécula recién desarrollada se basa en la bencilguanina a la que los científicos han unido el isótopo radiactivo flúor-18, que a su vez es ideal para la obtención de imágenes por PET. «Nuestro objetivo era diseñar la síntesis en unos pocos pasos rápidos para obtener una señal lo más fuerte posible: dado que el flúor-18 tiene una vida media corta, su radiactividad se reduce a la mitad cada 110 minutos», explica Christian Paul. Konken. Inicialmente, los científicos encontraron que el flúor-18 no se adhirió a la ubicación deseada en la molécula. «La bencilguanina aparentemente era demasiado sensible para ser etiquetada directamente con flúor-18», dice Lukas Rösner, estudiante de doctorado en bioquímica, «por lo que primero etiquetamos una pequeña molécula que es insensible a las reacciones químicas necesarias, fluoroetilazida, y luego la unimos a la bencilguanina. utilizando una reacción de clic, que es muy rápida y selectiva «.

Tubo de ensayo, cultivo celular y organismo.

Los científicos primero probaron si el sustrato sintetizado permanecía estable en contacto con la sangre en el tubo de ensayo y luego examinaron cómo las células interactuaban con el sustrato en las primeras pruebas prácticas en cultivos celulares. Al hacerlo, compararon las células cancerosas humanas en las que incorporaron genéticamente la enzima SNAP-tag con aquellas que no producían la enzima. «Pudimos ver muy claramente que la radiactividad solo era absorbida por las células que producían la enzima SNAP-tag», dice Dominic Depke. Finalmente, el equipo realizó estudios específicos en ratones individuales. «Una vez más, este paso fue decisivo», explica Michael Schäfers, «porque el comportamiento de una molécula en el complejo entorno biológico de un organismo vivo no se puede simular completamente en cultivos celulares o con órganos producidos artificialmente». Los científicos pudieron demostrar que, una vez inyectado en el torrente sanguíneo, el sustrato se distribuye muy rápidamente por todo el cuerpo. Además, identificaron las rutas por las que se expulsa. Luego compararon cómo las células cancerosas con y sin la enzima SNAP-tag reaccionaban al sustrato en los organismos vivos. Para ello, se inyectaron células tumorales debajo de la piel de los ratones y se extrajeron después del examen para confirmar los resultados con autorradiografía.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Münster. Original escrito por Doris Niederhoff. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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