La obesidad afecta mucho más que el metabolismo y el almacenamiento de grasa. Altera la actividad inmunitaria, la estructura nerviosa y la organización tisular en múltiples sistemas orgánicos, aumentando el riesgo de enfermedades como la diabetes tipo 2, las enfermedades cardiovasculares, los accidentes cerebrovasculares, la neuropatía y el cáncer. Sin embargo, a pesar de estos efectos sistémicos, los investigadores carecían de herramientas capaces de estudiar los cambios asociados a las enfermedades en todo el organismo, en organismos intactos y con alta resolución.
Un equipo liderado por el profesor Ali Ertürk, director del Instituto de Inteligencia Biológica (iBIO) de Helmholtz Munich y profesor de la LMU, ha desarrollado MouseMapper, un conjunto de algoritmos de aprendizaje profundo basados en modelos fundamentales, diseñados para analizar datos de imágenes biológicas de todo el cuerpo. El sistema segmenta automáticamente 31 órganos y tipos de tejido, a la vez que mapea cuantitativamente nervios y células inmunitarias en todo el organismo, lo que permite un análisis multisistémico integral en ratones intactos.
“MouseMapper se basa en un modelo fundamental, lo que significa que generaliza mucho más allá de los datos con los que fue entrenado originalmente”, afirma Ying Chen, coautora principal del estudio publicado en Nature.
Mirando dentro de un ratón completamente transparente
Para crear mapas corporales completos, los investigadores marcaron nervios y células inmunitarias en ratones con marcadores fluorescentes visibles al microscopio. Luego, utilizaron técnicas de aclaramiento de tejidos para hacer que los animales fueran transparentes, preservando al mismo tiempo las señales fluorescentes, lo que permitió obtener imágenes del interior de cuerpos intactos.
Mediante microscopía de lámina de luz especializada, el equipo capturó imágenes tridimensionales detalladas de ratones completos, generando conjuntos de datos con decenas de millones de estructuras celulares en órganos y tejidos. Posteriormente, MouseMapper analizó automáticamente estos datos, identificando nervios, cúmulos de células inmunitarias y regiones anatómicas en todo el cuerpo. Esto permitió a los investigadores determinar con precisión dónde se producen la inflamación y el daño estructural en diferentes tejidos, incluidos la grasa, el músculo, el hígado y los nervios periféricos, sin necesidad de que preseleccionaran regiones de interés específicas.
Nuevos hallazgos sobre la obesidad, desde el ratón hasta el ser humano
Para investigar cómo la obesidad remodela el cuerpo, los investigadores alimentaron a ratones con una dieta rica en grasas que indujo obesidad y disfunción metabólica similar a la observada en humanos. Mediante MouseMapper, se revelaron cambios generalizados tanto en la organización de las células inmunitarias como en la arquitectura nerviosa en todo el organismo.
Uno de los hallazgos más llamativos fue un cambio estructural en parte del nervio trigémino, un nervio facial principal responsable de la sensibilidad facial y las funciones motoras. En ratones obesos, estos nervios sensoriales presentaban muchas menos terminaciones y ramificaciones, lo que sugiere una pérdida de la función nerviosa normal. Los experimentos de comportamiento demostraron además que los animales respondían menos a la estimulación sensorial que los ratones delgados, lo que vincula el daño estructural con el deterioro de la función sensorial.
A continuación, los investigadores examinaron el ganglio trigémino, la estructura que contiene los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales faciales. Mediante proteómica espacial, identificaron alteraciones moleculares asociadas con la remodelación nerviosa y la inflamación. Sorprendentemente, muchas de las mismas firmas moleculares también se detectaron en el tejido trigeminal de personas con obesidad, lo que sugiere que las alteraciones nerviosas asociadas a la obesidad observadas en ratones también se producen en humanos.
“Hemos descubierto cambios estructurales y moleculares previamente desconocidos en el ganglio trigémino y sus ramificaciones faciales, y la misma huella molecular se conservó en el tejido humano. Este tipo de hallazgo simplemente no puede surgir estudiando un órgano a la vez”, afirma la Dra. Doris Kaltenecker, científica sénior del Instituto de Diabetes y Cáncer (IDC) de Helmholtz Múnich y primera autora del estudio.
Una plataforma para el estudio de enfermedades sistémicas
Más allá de la obesidad, los investigadores creen que MouseMapper podría transformar el estudio de enfermedades complejas que afectan a múltiples sistemas orgánicos simultáneamente, como la diabetes, el cáncer, la neurodegeneración y los trastornos autoinmunes. A diferencia de los métodos anteriores, centrados en órganos o tejidos específicos, MouseMapper ofrece una plataforma de análisis integral del organismo capaz de identificar focos de enfermedad en todo el cuerpo. El equipo ha puesto a disposición del público en línea conjuntos de datos de cuerpo entero, lo que permite a científicos de todo el mundo explorar los cambios asociados a la obesidad en los tejidos y sistemas orgánicos.
“Nuestro objetivo es crear un marco integral para comprender cómo las enfermedades afectan al cuerpo como un sistema interconectado”, afirma Ertürk. “Nuestra visión a largo plazo es construir gemelos digitales verdaderamente realistas de ratones sanos y enfermos: atlas a nivel celular que podamos consultar, modificar y analizar computacionalmente. Esto nos permitiría identificar los primeros cambios que provoca una enfermedad, diseñar intervenciones para prevenirlos y acelerar el descubrimiento de nuevos tratamientos, al tiempo que reducimos el número de experimentos físicos necesarios”.
Fuente: Medical Xpress.
