Los científicos localizan la actividad de los genes y las proteínas en los tejidos

Un nuevo método puede iluminar las identidades y actividades de las células en un órgano o tumor con una resolución sin precedentes, según un estudio codirigido por investigadores de Weill Cornell Medicine, NewYork-Presbyterian y New York Genome Center.

El método, descrito el 2 de enero en un artículo publicado en Nature Biotechnology, registra los patrones de actividad genética y la presencia de proteínas clave en las células a través de muestras de tejido, al tiempo que retiene información sobre las ubicaciones precisas de las células. Esto permite la creación de «mapas» de órganos complejos y ricos en datos, incluidos órganos enfermos y tumores, que podrían ser muy útiles en la investigación básica y clínica.

RESUMEN: Un nuevo método llamado Spatial Protein and Transcriptome Sequencing (SPOTS) permite a los investigadores rastrear las actividades de las células a alta resolución en órganos y tumores. El método crea mapas de tejidos mediante el registro de patrones de actividad de genes y proteínas clave en las células y manteniendo información sobre sus ubicaciones. Lo demostraron en un bazo de ratón normal y en un tumor de mama de ratón, revelando la arquitectura funcional del bazo y los dos estados distintos de las células inmunitarias en el tumor.

«Esta tecnología es emocionante porque nos permite mapear la organización espacial de los tejidos, incluidos los tipos de células, las actividades celulares y las interacciones entre células, como nunca antes», dijo el coautor principal del estudio, el Dr. Dan Landau, profesor asociado. de medicina en la División de Hematología y Oncología Médica y miembro del Centro de Cáncer Sandra y Edward Meyer en Weill Cornell Medicine y miembro principal de la facultad en el Centro del Genoma de Nueva York.

El otro coautor principal fue el Dr. Marlon Stoeckius de 10x Genomics, una empresa de biotecnología con sede en California que fabrica equipos de laboratorio para el perfilado de células dentro de muestras de tejido. Los tres primeros coautores fueron el Dr. Nir Ben-Chetrit, Xiang Niu y Ariel Swett, respectivamente, investigador postdoctoral, estudiante graduado y técnico de investigación en el laboratorio Landau durante el estudio.

El nuevo método es parte de un amplio esfuerzo de científicos e ingenieros para desarrollar mejores formas de «ver» a microescala cómo funcionan los órganos y tejidos. En los últimos años, los investigadores han hecho grandes avances, particularmente en técnicas para perfilar la actividad de los genes y otras capas de información en células individuales o pequeños grupos de células. Sin embargo, estas técnicas normalmente requieren la disolución de los tejidos y la separación de las células de sus vecinos, por lo que se pierde la información sobre las ubicaciones originales de las células perfiladas dentro de los tejidos. El nuevo método también captura esa información espacial y en alta resolución.

El método, llamado Spatial Protein and Transcriptome Sequencing (SPOTS), se basa en parte en la tecnología 10x Genomics existente. Utiliza portaobjetos de vidrio que son adecuados para obtener imágenes de muestras de tejido con métodos patológicos ordinarios basados ​​en microscopios, pero también están recubiertos con miles de moléculas de sonda especiales. Cada una de las moléculas de la sonda contiene un «código de barras» molecular que indica su posición bidimensional en el portaobjetos. Cuando una muestra de tejido en rodajas finas se coloca en el portaobjetos y sus células se vuelven permeables, las moléculas de sonda en el portaobjetos capturan los ARN mensajeros (ARNm) de las células adyacentes, que son esencialmente las transcripciones de genes activos. El método incluye el uso de anticuerpos diseñados que se unen a las proteínas de interés en el tejido y también se unen a las moléculas de sonda especiales. Con técnicas rápidas y automatizadas, los investigadores pueden identificar los ARNm capturados y las proteínas seleccionadas, y asignarlos con precisión a sus ubicaciones originales en la muestra de tejido. Los mapas resultantes pueden considerarse solos o compararse con imágenes patológicas estándar de la muestra.

El equipo demostró SPOTS en tejido de un bazo de ratón normal, revelando la compleja arquitectura funcional de este órgano, incluidos grupos de diferentes tipos de células, sus estados funcionales y cómo esos estados variaban con la ubicación de las células.

Destacando el potencial de SPOTS en la investigación del cáncer, los investigadores también lo utilizaron para mapear la organización celular de un tumor de mama de ratón. El mapa resultante mostraba células inmunitarias llamadas macrófagos en dos estados distintos, como lo indican los marcadores de proteínas: un estado activo y que combate el tumor, el otro inmunosupresor y que forma una barrera para proteger el tumor.

«Pudimos ver que estos dos subconjuntos de macrófagos se encuentran en diferentes áreas del tumor e interactúan con diferentes células, y es probable que esa diferencia en el microambiente impulse sus distintos estados de actividad», dijo el Dr. Landau, quien también es oncólogo en NewYork- Centro Médico Presbiteriano/Weill Cornell.

Tales detalles del entorno inmunitario del tumor, detalles que a menudo no se pueden resolver debido a la escasez de células inmunitarias dentro de los tumores, podrían ayudar a explicar por qué algunos pacientes responden a la terapia inmunoestimulante y otros no, y por lo tanto podrían informar el diseño de futuras inmunoterapias, añadió.

Esta versión inicial de SPOTS tiene una resolución espacial tal que cada “píxel” del conjunto de datos resultante suma la información de actividad génica de al menos varias células. Sin embargo, los investigadores esperan reducir pronto esta resolución a células individuales, mientras agregan otras capas de información celular clave, dijo el Dr. Landau.

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