Esta semana publicamos como la nanotecnología de la mano de la fotónica y la óptica puede llegar a límites insospechados para administrar en este caso una medicina directamente dirigida al centro de la enfermedad. Pero sin la tecnología que multiplica millones de veces la imagen, somos incapaces de verlo. Hoy reproducimos integra esta  “exposición” del Instituto Koch del MIT, publicada por MIT Review ya que una imagen vale más que mil palabras…. 

 

Pasar corriendo por delante del Instituto Koch del MIT (EEUU)  para la Investigación Integradora en Cáncer es como si corrieras a través de una galería de arte. Cuesta no sentirse atraído por las 10 imágenes de tres metros que decoran la entrada a pie de calle. Quien se pare a mirar más detenidamente descubrirá que lo que parece un cuadro abstracto resulta ser un primerísimo plano de las venas, un mapa de la actividad neuronal o la siniestra belleza de unas células cancerígenas.

Las Galerías Públicas del Instituto Koch dan a los peatones un atisbo de la investigación que se hace dentro del edificio y en laboratorios de todo el campus. «Queremos interactuar con la comunidad local, para que no pase todo a puerta cerrada», explica la directora ejecutiva del Instituto Koch, Anne Deconinck. 

Investigadores del MIT presentaron más de 120 imágenes para la exposición de 2014; un panel de científicos y artistas escogió a los 10 ganadores, seis de los cuales se muestran aquí. La exposición completa de 2014 se inaugurará formalmente en las galerías y en línea el 4 de marzo.

«Es genial diseñar algún tipo de nanotecnología que estás seguro de que funciona, pero una de las mejores formas de saber que funciona es verla en acción», explica el estudiante postdoctoral del Instituto Koch Omar F. Khan de su imagen ganadora. «Siendo investigador, te da tranquilidad».

 

Sangre, calor y tumores: mejorando la administración de medicamentos con nanobastones de oro

Los vasos sanguíneos pueden llevar los fármacos a las células cancerígenas, pero encontrar el punto adecuado de administración es difícil.

Esta imagen muestra una red de vasos sanguíneos (verde) y colágeno (morado) que ha recibido una infusión de nanobastones de oro (amarillo) dentro de un tumor vivo. Cuando los investigadores calientan las partículas con luz cercana a los infrarrojos, los vasos sanguíneos se vuelven más porosos, facilitando la administración de la carga terapéutica en el punto preciso. Una terapia combinada de este tipo se podría usar para administrar toda una serie de medicamentos para muchos tipos de cáncer.

Al doctorando Alex Bagley esta imagen le parece «un mundo microscópico que es a la vez familiar y nuevo». Confirma lo que creía que sucedía en el tumor, pero también le sirvió para darse cuenta de cosas en las que no había pensado, ideas que podría explorar en proyectos futuros. «Al ver las imágenes fui más consciente de otras complejidades de las que no se había hablado y que no habíamos comprendido del todo», afirma.

 Conexión arcoiris: haciendo mapas de las rutas neuronales en el cerebro

Está imagen de resonancia magnética muestra las rutas de las fibras nerviosas en el cerebro en tres dimensiones -arriba/abajo (azul), delante/detrás (verde) y derecha/izquierda (rojo)-. Al comparar mapas de conectividad con los de la función neuronal, los investigadores pueden empezar a predecir cómo responderá cada cerebro a distintos estímulos. Eso les ayudará a entender el desarrollo de un cerebro sano y posibilitará diagnósticos e intervenciones más tempranos para estados como el autismo y la dislexia.

 

«Siempre que veo esta imagen, me recuerda la complejidad del cerebro humano», explica el estudiante de postdoctorado en el Departamento del cerebro y las ciencias cognitivas del MIT Zeynep Saygin. «Y esta imagen es apenas una pequeña parte de todas las conexiones neuronales del cerebro. ¿Qué información transmiten estas conexiones y cómo orquestan los procesos mentales complejos? Mi investigación combina la conectividad con los patrones de respuesta neuronal para comprender el complejo circuito que es el cerebro y cómo acaba conformando quiénes somos».

Semilla mala: creando un modelo de crecimiento tumoral

 

Sabemos que determinadas mutaciones genéticas disparan la formación de tumores, pero los eventos celulares subsiguientes que impulsan la progresión del cáncer aún no se entienden bien. Introduciendo mutaciones en ratones transgénicos y etiquetando las células con proteínas fluorescentes, los investigadores pueden hacer un seguimiento de las células mutantes según se va desarrollando el cáncer.

Esta imagen muestra células pancreáticas con mutación (verde) y sin ella (rojo y amarillo). A lo largo del tiempo las células verdes se multiplican de forma drástica hasta formar un tumor; las otras no. Comparar las propiedades del comportamiento de los distintos tipos de células podría dar lugar a diagnósticos más tempranos, tratamientos mejores e incluso la prevención del cáncer.

El estudiante de postdoctorado del Instituto Koch Deepak Muzumdar ayudó a desarrollar la técnica de etiquetado fluorescente en sus estudios de licenciatura en la universidad de Stanford (EEUU). Cuando los investigadores del Instituto Koch lo aplicaron al modelo del ratón del Laboratorio Jacks, explica, «fue bastante emocionante ver que el sistema funcionaba para crear células etiquetadas independientemente con distintos marcadores fluorescentes». Al principio las células con mutación y las que no la tienen «parecían iguales pero de distinto color», explica Muzumdar. Sin embargo, a lo largo de tres meses él y sus compañeros «pudimos observar cómo las células con mutación crecieron hasta formar un cáncer».

 

Ganglio style: colaboración científica colectiva a través de juegos en línea

Para comprender mejor la conexión ojo-cerebro, los investigadores desarrollaron el juego en línea EyeWire. El juego reta a los jugadores, la mayoría de los cuales no tiene ninguna experiencia en neurociencia, a repasar y colorear imágenes de secciones de neuronas. Con la ayuda de más de 100.000 jugadores, los investigadores están creando modelos virtuales en 3D de neuronas reales.

Al comparar este mapa generado por jugadores de las células ganglionares de la retina con datos sobre la actividad de las neuronas, los neurocientíficos pueden desarrollar un modelo funcional de cómo funciona la visión. La actuación de los jugadores en el juego también servirá para mejorar algoritmos de inteligencia artificial para futuros programas de modelado 3D.

La directora creativa de EyeWire, Amy Robinson, explica que entre los jugadores había alumnos de instituto y de universidad, escultores, dentistas y jubilados. «Resulta extraordinario ver cuánto se han implicado en el juego», afirma. «se pueden hacer descubrimientos con la ayuda de personas que no son científicos, sino jugadores con interés por el cerebro».

 Biopolímero en flor: un nuevo entorno para el estudio del crecimiento celular

Medir la respuesta en tiempo real de las células cancerígenas a factores medioambientales o agentes terapéuticos es un reto. En este caso los ingenieros han creado estructuras de plástico biocompatibles para que las células crezcan sobre ellas como lo harían dentro del cuerpo. Los andamios tienen conductividad eléctrica, lo que les da una forma de medir las propiedades de las células en crecimiento. Al cambiar la estructura, el entorno o las sustancias con las que interactúan las células, los investigadores pueden averiguar qué factores promueven o impiden el crecimiento. Esta imagen de microscopio electrónico revela la textura del andamio.

«Esto es el resultado de innumerables horas pasadas en el laboratorio y a través de múltiples microscopios», explica el estudiante de postdoctorado Julio D’Arcy. Su compañero de postdoctorado Erik Dreaden añade: «Uno de los aspectos más emocionantes de trabajar con nanotecnologías es la posibilidad  de hacer y después ver lo nunca visto».

 

Prácticas de tiro: mejorando la terapia génica mediante la nanotecnología

¿Cómo podemos silenciar los genes que promueven el desarrollo del cáncer? Usando nanopartículas diseñadas especialmente como parches genéticos, los ingenieros pueden administrar cargas personalizadas al citoplasma, donde tiene lugar la mayor parte de la actividad celular, y mitigar los efectos de los genes que producen el cáncer en el núcleo de la célula.

Esta imagen muestra nanopartículas (rojo) en el citoplasma de células tumorales cervicales (verde). Según van aprendiendo más sobre cómo responden las células a estas terapias, los investigadores seguirán modificando los parches para decidir qué distribución de material sintético y genético es mejor para atacar distintos tipos de cáncer.

«La idea del la investigación sobre el cáncer y el cáncer mismo suele ser bastante nebulosa, pero verlo de verdad en acción, ver que esto es una célula cancerígena y esto es lo que hacemos para atacarlas y verlo junto es muy importante», sostiene el estudiante de postdoctorado del Instituto Koch Omar F. Khan. «Cuando ves algo en funcionamiento así, te emociona y motiva aún más para seguir. Supongo que es una de las razones por las que muchos seguimos en la investigación, por estos momentos en los que te sientes validado y justificado. Hace que merezca la pena: la idea de que algún día lo que yo hago pueda ayudar a alguien, ya sea mi propio padre o un amigo o alguien a quien ni siquiera conozco».