Vés enrere Un nou atles digital en 3D del cervell de vertebrats

Un nou atles digital en 3D del cervell de vertebrats

La nova eina permet conèixer quan succeeix la diferenciació de les neurones en la seva forma definitiva i, a més, els investigadors han demostrat que la seva posició final al teixit depèn de quan i on han nascut. Els resultats de la recerca s’han publicat recentment a la revista eLife.

13.10.2022

Imatge inicial

Els teixits de tot organisme viu, per exemple el cervell, neixen sempre d’unes quantes cèl·lules que es van dividint i movent fins arribar al seu destí i posició final. El procés de com es forma un determinat teixit o òrgan s'anomena morfogènesi, i el naixement de les neurones es conegut com a neurogènesi. Investigadors del Grup de Recerca de Dinàmica del Neurodesenvolupament de la UPF, dirigit per la catedràtica i investigadora ICREA Acadèmia Cristina Pujades, han estudiat aquests dos processos utilitzant el cervell posterior del peix zebra. Han creat així un atles en 3D que permet conèixer quan succeeix la diferenciació de les neurones en la seva forma definitiva i, a més, han demostrat que la seva posició final al teixit depèn de quan i on han nascut. Els resultats de la recerca s’han publicat recentment a la revista eLife.

"Les tècniques de microscòpia i anàlisi d'imatge que tenim actualment són impressionants i ens permeten veure en temps real el moviment de les cèl·lules i la formació de moltes estructures biològiques", explica Pujades. “Però quantificar la biologia que observem és molt complicat, en general en biologia és cada cop més difícil quantificar i mesurar. Per exemple, quantificar el volum del cervell és molt complex ja que no és homogeni, no és com una pilota de futbol que té les mateixes capes distribuïdes de manera uniforme”.

Actualment hi ha eines que permeten quantificar en 2D, però molt poques per fer-ho en 3D. En col·laboració amb el Laboratori Europeu de Biologia Molecular de Barcelona (EMBL Barcelona), l'equip va desenvolupar un pipeline, o un programa que conté diverses tasques o funcions, per generar models en 3D a partir d'imatges microscòpiques combinant diferents senyals que permeten visualitzar les estructures internes. Per aconseguir-ho van utilitzar DAMAKER, una plataforma desenvolupada per ells mateixos.

“Vam veure que, utilitzant marcatges fluorescents que ens permetien visualitzar una població cel·lular específica, podíem utilitzar-los com a biomarcadors al llarg de la història vital de cada cèl·lula durant la formació del teixit i també per calcular el volum que ocupen. Això ens permet visualitzar i quantificar paràmetres que abans no podíem veure”.

Així, van combinar algorismes ja publicats per a altres funcions i els van acoblar de manera diferent per poder-los aplicar per respondre les seves preguntes biològiques: com creixen les poblacions de neurones? I com es generen les neurones excitatòries (glutamèrgiques) i les inhibitòries (GABAèrgiques). “Vam veure que, utilitzant marcatges fluorescents que ens permetien visualitzar una població cel·lular específica, podíem utilitzar-los com a biomarcadors al llarg de la història vital de cada cèl·lula durant la formació del teixit i també per calcular el volum que ocupen. Això ens permet visualitzar i quantificar paràmetres que abans no podíem veure”.

Els investigadors han creat un atles del cervell en 3D a partir d'imatges de microscòpia confocal i eines computacionals que permet entendre quan neixen les neurones i quina és la destinació final. Però, sobretot, “això permet inferir, a partir de la seva posició al cervell, quina va ser la seva data de naixement, ja que hi ha un gradient intern-extern. Això vol dir que les neurones que es van diferenciar abans són a la part més interna de les que van néixer més tard, cosa que ens permet estudiar les dinàmiques de les diferents poblacions neuronals”, explica Pujades.

La part del cervell posterior que han estudiat (el romboencèfal) està molt conservada en els vertebrats, és a dir, que no hi ha diferència entre els humans i les làmprees. És també conegut com el cervell primitiu posterior perquè és allà on es controlen les funcions bàsiques dels vertebrats, com la deglució, la respiració, la innervació de les vísceres, etc.

¿Quin és l’avantatge d'això? Per exemple, es poden crear avatars humans en peix zebra, és a dir, podem generar la mutació que necessitem en el peix. "Observem com es desenvolupa i en lloc de buscar les afectacions neuronals com si fos un paller, podem anar a un estadi determinat, mirar la distribució de les neurones i, en comparar-ho amb l'atles, podem saber quan va passar el defecte neuronal", aclareix Pujades.

Aquesta és la primera cartografia del cervell feta en un vertebrat, ja que ja existien cartografies de la mosca de la fruita. El sistema està escrit en codi obert i es pot aplicar a qualsevol òrgan, per exemple, el cor, i també es pot fer servir en qualsevol model, per exemple mosca o ratolí. Només necessita els marcadors específics del que l'investigador vulgui veure.

Article de referència:

Matthias Blanc, Giovanni Dalmasso, Frederic Udina, Cristina Pujades. A dynamic and expandable Digital 3D-Atlas MAKER for monitoring the temporal changes in tissue growth during hindbrain morphogenesis. eLife 2022. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.78300

Multimèdia

Categories:

ODS - Objectius de desenvolupament sostenible:

Els ODS a la UPF

Contact

Per a més informació

Notícia publicada per:

Oficina de Comunicació