Un gran avance en imágenes cromosómicas podría ayudar a desarrollar nuevos tratamientos

Los cromosomas, cada uno de los cuales contiene cientos o miles de genes, actúan como un detallado manual de instrucciones sobre cómo deben desarrollarse y comportarse las células. El genoma humano está formado por 23 pares de cromosomas que contienen más de 3.000 millones de pares de bases de ADN, pero incluso la más pequeña mutación o variación en la estructura de un cromosoma puede tener un enorme impacto en el desarrollo humano y las enfermedades.

Para comprender a fondo las enfermedades relacionadas con errores en la división celular, los científicos deben poder examinar en detalle tanto los cromosomas sanos como los enfermos. Una mejor imagen y comprensión de los mecanismos cromosómicos aumentará el conocimiento de las causas de las enfermedades humanas y contribuirá al descubrimiento de fármacos. El proyecto CHROMAVISION, financiado por la UE, aborda este reto.

Los investigadores del proyecto han desarrollado una innovadora plataforma de imagen y manipulación que permite a los biólogos moleculares acercarse a minúsculos detalles de los cromosomas en toda su complejidad. Permitirá a los científicos aislar automáticamente cromosomas individuales de pequeñas muestras de tejidos o células y enviarlos a un microscopio de superresolución.

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Según Gijs Wuite, coordinador del proyecto CHROMAVISION en la Universidad Libre de Ámsterdam, "las anomalías cromosómicas son características de muchos trastornos, como el cáncer, las alteraciones de la fertilidad debidas al envejecimiento materno y trastornos neurológicos como el síndrome del cromosoma X frágil, por lo que nuestro objetivo es mejorar enormemente las imágenes de los cromosomas para comprender estas anomalías y las numerosas e importantes enfermedades que se derivan de una segregación cromosómica defectuosa".

Manipulación de moléculas individuales

Las anomalías cromosómicas suelen revelarse con mayor claridad durante la fase metafásica del ciclo vital celular, cuando los cromosomas se engrosan y condensan justo antes de la división celular. Por ello, los investigadores de CHROMAVISION se centraron en desarrollar soluciones novedosas para aislar automáticamente cromosomas individuales en metafase a partir de muestras de tejidos y células.

El método utiliza una serie de técnicas punteras de manipulación de moléculas individuales. Entre ellas se incluye un innovador chip optofluídico (un dispositivo de laboratorio en un chip capaz de aislar los cromosomas del resto del material celular) y pinzas ópticas para capturar y manipular los cromosomas individuales. A continuación, los cromosomas aislados pueden visualizarse en 3D mediante microscopía fluorescente de superresolución.

Combinadas, estas herramientas forman el microscopio de fluorescencia de superresolución con pinzas correlativas, un dispositivo para la obtención de imágenes cromosómicas comercializado por el socio industrial del proyecto Lumicks, una empresa derivada de la Universidad Libre de Ámsterdam que suministra instrumentos dinámicos de análisis de moléculas individuales a los investigadores.

Las imágenes tridimensionales de alta resolución permitirán a los investigadores estudiar los cromosomas con un nivel de detalle extraordinario, lo que dará respuesta a retos clave de la investigación clínica y fundamental y podrá dar lugar a descubrimientos revolucionarios mediante la identificación de anomalías que podrían estar asociadas a enfermedades.

Imágenes en 3D, superresolución y tiempo real

"Este instrumento permitirá, por primera vez, realizar estudios de observación y manipulación de cromosomas metafásicos en 3D, superresolución y tiempo real en condiciones casi fisiológicas", afirma Wuite. "Las herramientas y el flujo de trabajo para la obtención de imágenes de cromosomas metafásicos ya están más o menos terminados y estamos trabajando activamente en proyectos de demostración para ilustrar la potencia de la combinación de técnicas".

La plataforma también tendrá un importante valor clínico, ya que permitirá identificar y controlar la heterogeneidad del cáncer, la inestabilidad genómica y la diversidad de los tumores que pueden hacerlos resistentes al tratamiento.

Una mejor imagen y comprensión de los mecanismos cromosómicos ampliará enormemente nuestro conocimiento de las causas y orígenes de las enfermedades humanas y ayudará al descubrimiento de fármacos y al desarrollo de nuevos tratamientos", afirma Wuite.