Científicos de la Universidad Rice dicen que han creado el primer atlas molecular completo sin etiquetas de un cerebro con Alzheimer en un modelo animal, combinando imagen Raman hiperespectral con aprendizaje automático para mapear cambios químicos que aparecen de manera desigual en regiones del cerebro y se extienden más allá de las placas amiloides.
Científicos de la Universidad Rice informan que examinaron tejido cerebral de animales sanos y de animales con enfermedad de Alzheimer para crear un atlas molecular del cerebro sin etiquetas. Para lograrlo, el equipo utilizó imagen Raman hiperespectral, un método basado en láser que detecta las “huellas químicas” de las moléculas. Dado que el enfoque es sin etiquetas, las muestras de tejido no se trataron con tintes, proteínas fluorescentes o etiquetas moleculares, dijeron los investigadores. “La espectroscopía Raman tradicional toma una medición de información química por sitio molecular”, dijo Ziyang Wang, estudiante doctoral de ingeniería eléctrica y de computadoras en Rice y primer autor del estudio. “La imagen Raman hiperespectral repite esta medición miles de veces en toda una sección de tejido para construir un mapa completo. El resultado es una imagen detallada que muestra cómo varía la composición química en diferentes regiones del cerebro.” Los investigadores dijeron que mapearon cerebros enteros rebanada por rebanada, recolectando miles de espectros superpuestos para generar mapas moleculares de alta resolución de tejido sano y enfermo. Para analizar el gran volumen de datos de imagen, el equipo aplicó métodos de aprendizaje automático, primero utilizando enfoques no supervisados para identificar patrones en las señales moleculares y luego modelos supervisados entrenados con muestras conocidas de Alzheimer y no Alzheimer para medir qué tan fuertemente diferentes regiones del cerebro reflejaban química relacionada con Alzheimer. “Encontramos que los cambios causados por la enfermedad de Alzheimer no se distribuyen uniformemente en el cerebro”, dijo Wang. “Algunas regiones muestran cambios químicos fuertes, mientras que otras están menos afectadas. Este patrón desigual ayuda a explicar por qué los síntomas aparecen gradualmente y por qué los tratamientos que se centran solo en un problema han tenido un éxito limitado.” Según los investigadores, los resultados sugieren que los cambios químicos relacionados con Alzheimer no se limitan a las placas amiloides e incluyen diferencias metabólicas más amplias. Informaron que los niveles de colesterol y glucógeno variaron en regiones, con los mayores contrastes en áreas vinculadas a la memoria, incluyendo el hipocampo y la corteza. “El colesterol es importante para mantener la estructura de las células cerebrales, y el glucógeno sirve como reserva de energía local”, dijo Shengxi Huang, profesora asociada en Rice y autora correspondiente del estudio. “Juntos, estos hallazgos apoyan la idea de que el Alzheimer implica disrupciones más amplias en la estructura y el equilibrio energético del cerebro, no solo acumulación y plegamiento erróneo de proteínas.” El estudio se publicó en ACS Applied Materials and Interfaces. La investigación fue apoyada por la National Science Foundation, los National Institutes of Health y la Welch Foundation, según el comunicado de la Universidad Rice. Wang dijo que el esfuerzo comenzó con mediciones de pequeñas áreas de tejido cerebral y luego se expandió al mapeo de cerebro completo después de múltiples rondas de pruebas para integrar las mediciones y el análisis.
