Investigadores desarrollan un nuevo método OCT para obtener imágenes directas de la dinámica de los cilios en organismos vivos

Revisado por Danielle Ellis, B.Sc. Nov 2 2023

Unos investigadores han desarrollado un nuevo método de tomografía de coherencia óptica (OCT) que permite obtener imágenes directas de la coordinación de las diminutas estructuras pilosas conocidas como cilios móviles en su entorno natural. La capacidad de observar la dinámica de los cilios en organismos vivos ofrece a los investigadores una nueva y poderosa herramienta para estudiar cómo estas estructuras mueven células y sustancias a través del aparato reproductor femenino, así como otras funciones de los cilios en todo el cuerpo.

Nuestro nuevo método tiene el potencial de responder a la antigua pregunta sobre el papel de los cilios en la fisiología normal de la trompa de Falopio y las consecuencias funcionales específicas de las ciliopatías -formación o función anormal de los cilios-, que han estado claramente implicadas en los embarazos ectópicos, por ejemplo. También tiene potencial para seguir desarrollándose y adaptándose con fines diagnósticos en las clínicas".

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Irina V. Larina, jefa del equipo de investigación, Baylor College of Medicine

En Optica, la revista de investigación de alto impacto del Optica Publishing Group, investigadores del Baylor College of Medicine y del Stevens Institute of Technology describen su nuevo método de obtención de imágenes, basado en el análisis de las fluctuaciones de intensidad de los píxeles en imágenes de OCT. Utilizaron la técnica para cartografiar y cuantificar la ubicación de los cilios, su frecuencia de latido y su coordinación móvil a través de las capas de tejido de la trompa de Falopio de un ratón vivo con una resolución espacial a microescala.

"Aunque los cilios móviles desempeñan un papel fundamental en muchos de los sistemas de nuestro organismo, su pequeño tamaño dificulta mucho la obtención de imágenes de su dinámica", explica Larina, "nuestro nuevo método permite acceder a este proceso fisiológico hasta ahora inaccesible. Nos entusiasma ver lo que revelará sobre las funciones específicas de los cilios en la fisiología reproductiva femenina y los vínculos concretos entre la ciliopatía y la infertilidad."

Además de recubrir la superficie interior de la trompa de Falopio, los cilios laten coordinadamente para impulsar fluidos, mucosidad y células a lo largo de las superficies de diversos órganos, como los pulmones, el cerebro y el tubo digestivo.

Estudiar los cilios en su entorno

natural

La nueva investigación forma parte de un proyecto más amplio que estudia la fisiología reproductiva femenina mediante avances en la obtención de imágenes ópticas. En los últimos años, el equipo de investigación ha desarrollado un método de imagen OCT intravital, es decir, que puede utilizarse con ratones vivos, así como diversos métodos OCT funcionales. Estos métodos han descubierto comportamientos inesperados que contradicen las opiniones actuales de la comunidad reproductiva y han sugerido nuevas funciones para los cilios y las contracciones del músculo liso.

Para profundizar en las funciones específicas de los cilios móviles en la trompa de Falopio, los investigadores querían investigar la coordinación ciliar y la onda metacrónica ciliar -; un movimiento ondulatorio que se produce cuando cada cilio de un grupo se mueve siguiendo un patrón coordinado -; en su entorno fisiológico. Sin embargo, la dinámica ciliar suele analizarse mediante videomicroscopía de alta velocidad de superficies ciliadas expuestas, lo que normalmente implica diseccionar el órgano de interés y exponer la superficie ciliada para obtener imágenes.

Para superar este reto y poder obtener imágenes de los cilios en organismos vivos, los investigadores desarrollaron un nuevo método de OCT para medir las fluctuaciones de intensidad luminosa producidas por los cilios. La OCT es ideal para ello por su resolución microscópica y su rápida velocidad de obtención de imágenes, junto con su capacidad para adquirir información volumétrica de hasta 2 mm de profundidad en un medio ópticamente disperso como el tejido.

El nuevo método aprovecha el hecho de que la luz láser coherente que interactúa con el tejido se dispersa y produce motas en las imágenes de OCT. Si estas motas se mueven periódicamente debido al movimiento de los cilios, se produce un parpadeo periódico en los píxeles correspondientes. Los investigadores desarrollaron un método de procesamiento de imágenes que localiza los píxeles con componentes periódicos significativos y, a continuación, mapea la fase de la frecuencia dominante -que corresponde a la frecuencia de latido de los cilios- en el espacio y el tiempo. Esto permite visualizar y cuantificar la onda metacrónica creada por los cilios.

Los investigadores también construyeron un sistema de obtención de imágenes adaptado de forma exclusiva a la trompa de Falopio de un ratón vivo y lo combinaron con el método de obtención de imágenes OCT intravital en ratones que habían desarrollado previamente.

Medición de la

onda metacrónica

Tras validar el nuevo método, los investigadores lo utilizaron para investigar el efecto de la temperatura en la velocidad de la onda metacrónica ciliar. Comprobaron que, al aumentar la temperatura, no sólo aumenta la frecuencia del latido ciliar -lo cual ya se sabía-, sino también la velocidad de la onda metacrónica. También realizaron imágenes in vivo de las ondas metacrónicas ciliares dentro de la trompa de Falopio de ratones utilizando un mapeo volumétrico directo de las ondas metacrónicas ciliares para revelar las propagaciones de las ondas en cualquier dirección.

Los investigadores afirman que el nuevo método podría modificarse para utilizarlo en diversos estudios de la dinámica ciliar en distintos órganos. Con un mayor desarrollo, también podría utilizarse con endoscopios OCT clínicos para permitir potencialmente la obtención de imágenes OCT de las vías respiratorias superiores para diagnosticar problemas de coordinación de la actividad ciliar en el sistema respiratorio.

En términos de traslación clínica al campo de la reproducción, podría ser posible integrar el nuevo enfoque con sondas OCT basadas en fibra que puedan guiarse a través de la trompa de Falopio. Estas sondas se están sometiendo actualmente a ensayos clínicos y es probable que se conviertan en un estándar de la práctica clínica dentro de unos años.

"El aparato reproductor femenino está muy poco estudiado en comparación con otros órganos", afirma Larina. "Además de la repercusión científica directa del nuevo método, esperamos que este estudio estimule a otros ingenieros fotónicos hacia la investigación de la fisiología reproductiva de la mujer y los fallos de fertilidad".