La transcriptómica espacial fue nombrada Método del año 2020 por la revista Nature como reconocimiento por su contribución fundamental a la comprensión de las intrincadas relaciones genéticas que rigen nuestra salud. Hoy en día, la transcriptómica espacial continúa mejorando nuestra comprensión de diversas enfermedades. De hecho, la investigación oncológica se ha beneficiado en gran medida del uso de esta técnica. Ha permitido a los investigadores comprender los mecanismos subyacentes del desarrollo del cáncer y cómo los tratamientos específicos afectan la expresión genética en las células tumorales.
Un aspecto clave de este método es el escaneo de fluorescencia, ya que permite la visualización de patrones de expresión genética a partir de una muestra tisular. Sin embargo, la microscopía de fluorescencia se encuentra actualmente limitada por la óptica, el rendimiento y la complejidad de los sistemas microscópicos. Para mantenerse al ritmo de las necesidades actuales y futuras de los investigadores, los centros de microscopía de todo el mundo buscan aumentar la automatización, el rendimiento y la simplicidad de los dispositivos, a fin de favorecer análisis más eficiente sin comprometer la calidad de la imagen.
Hace poco, nuestra empresa entrevistó al Dr. Alvaro Crevenna, director de microscopía del Laboratorio de Biología Molecular (EMBL) de Roma, para que nos explique más acerca de los nuevos métodos que han derivado de la transcriptómica espacial. Nos explicó cómo el escáner de portaobjetos dedicado a la investigación
SLIDEVIEW™ VS200 de Evident ha sido esencial para aumentar el rendimiento y ampliar las capacidades actuales del escaneo de fluorescencia.
Procesamiento de grandes volúmenes de muestras tisulares
«Aquí, el pan de cada día que colma las necesidades a nivel de la digitalización de imágenes es el procesamiento de imágenes tisulares» —Dr. Alvaro Crevenna, director de microscopía del EMBL de Roma
Alvaro Crevenna, director de microscopía del EMBL de Roma, dirige una institución que ayuda a las personas a digitalizar sus muestras. El servicio propuesto pone énfasis en dos materias de investigación: la epigenética y la neurociencia; en ambas se emplean muestras provenientes de ratones. El procesamiento de imágenes tisular es una necesidad crucial para la institución, considerando que el 99 % de muestras son tejidos fijos. Cuando Alvaro formó parte de su equipo en el año 2019, la instalación poseía tres instrumentos; sin embargo, ninguno de ellos estaba hecho para el procesamiento de imágenes de tejidos. Por ende, los investigadores estaban sujetos a dedicar una excesiva cantidad de tiempo a la digitalización de las muestras.
El caso más flagrante se experimentaba entre los investigadores de neurobiología. En la investigación neurocientífica, visualizar la actividad neuronal es fundamental para comprender el funcionamiento del cerebro. Los investigadores suelen utilizar miniscopios o microscopios bifotónicos para monitorizar y registrar la actividad neuronal durante una serie de comportamientos y tareas. Tras el experimento, el primer paso es seccionar el cerebro y verificar si el virus fue inyectado correctamente. Sin embargo, localizar manualmente las áreas que debían de ser digitalizadas tomaba mucho tiempo a los investigadores, así como la selección de las regiones de interés (ROI) para los escaneos de alta resolución subsecuentes.
Por tanto, los investigadores necesitaban tanto una forma más eficiente y precisa de identificar las ROI como un sistema que fuera específico para procesar grandes volúmenes de muestras tisulares.
La automatización requerida para procesar tejidos en imágenes
En la búsqueda por un mejor sistema de procesamiento de imágenes para portaobjetos que satisfaga las necesidades del centro de microscopía, Álvaro consideró y probó varios instrumentos, incluido el escáner de portaobjetos dedicado a la investigación VS200 de Evident.
Escáner de portaobjetos para la investigación VS200 en el EMBL de Roma.
El escáner VS200 fue elegido debido a su extraordinaria flexibilidad, que permite obtener una visión general y un escaneo de fluorescencia de forma simultánea. Además, el algoritmo dedicado a detectar el tejido, en colaboración con la IA del software, simplifica el escaneo de tejidos y la detección de las áreas de interés (ROI), lo que ahorra tiempo y esfuerzos. Ambos son factores clave para el centro de microscopía del EMBL, tal y como lo menciona Alvaro:
«Una de las cosas realmente fascinantes del escáner de portaobjetos dedicado a la investigación VS200 de Evident es que puede tratarse la visión global de la imagen con fluorescencia». —Dr. Alvaro Crevenna, director de microscopía del EMBL de Roma
Además del procesamiento automatizado de imágenes, el escáner VS200 ofrece una capacidad y un rendimiento más elevados para procesar portaobjetos en comparación con otros modelos semejantes. Álvaro se percató que los investigadores podían completar 10 veces más tareas al ejecutar de forma automatizada sus procesos durante la noche, eliminando así varias horas de procesamiento manual de portaobjetos durante la jornada laboral. El escáner VS200 también demostró una calidad de imagen y óptica excepcionales, además de ser increíblemente fácil de usar. Álvaro afirmó: «Por lo general, tras una sesión de capacitación de 40 minutos, la gente puede comenzar a trabajar al instante». Este es un aspecto importante, ya que usuarios con diversos niveles de capacitación pueden sentirse rápidamente en confianza con el sistema, lo que mejora la accesibilidad al equipamiento y reduce el fardo de la capacitación en el centro de procesamiento de imágenes.
Estas características fueron fundamentales para el trabajo de Álvaro en el EMBL, donde se desarrollan tecnologías innovadoras, incluida la implementación de secuenciación in situ para la transcriptómica espacial. El escáner VS200 es y seguirá siendo una herramienta vital para las investigaciones futuras del EMBL, permitiéndoles alcanzar sus objetivos con facilidad y eficiencia.
Extender los límites de la transcriptómica espacial
La transcriptómica espacial es una potente tecnología que permite visualizar patrones de expresión genética in situ, al proporcionar información sobre la diversidad celular y la organización en los tejidos. Sin embargo, la cantidad de canales que pueden ser observados, a menudo, limita la capacidad de la técnica en cuanto a investigar un mayor número de genes en un solo segmento de tejido.
El equipo de Álvaro en el EMBL de Roma reconoce la necesidad de mejorar las capacidades de la transcriptómica espacial, en particular, aquellas a nivel de la investigación neurocientífica y epigenética. Para lograrlo, la institución desea ampliar el número de longitudes de onda que pueden ser visualizadas y desarrollar canales de análisis automatizados para un procesamiento eficiente de los datos.
Con tres canales de fluorescencia distintos (DAPI, Cy3 y Cy5), la transcriptómica espacial revela la presencia de moléculas de ARN dentro de una sección coronal del cerebro de un ratón.
Tradicionalmente, los microscopios se encuentran limitados a la visualización de unas cinco longitudes de onda diferentes. Gracias a su capacidad para multiplexar y combinar métodos de observación, el escáner VS200 es un instrumento primordial cuando se trata de ampliar de forma confiable el número de longitudes de onda que deben ser visualizadas. Permite a los investigadores observar la actividad de más genes en el tejido, reduciendo el número de ciclos de imágenes y mejorando la calidad y precisión de sus resultados.
A través de la colaboración con Evident, Álvaro planea explorar el potencial de la multiplexación para ampliar aún más el número de canales. Actualmente, han diseñado un sistema que puede visualizar hasta 11 canales, lo que proporciona información más detallada sobre los patrones de expresión genética a partir de los tejidos. Es muy probable que este número aumente a lo largo de la colaboración.
Para que esta investigación sea accesible a otros, la institución también está desarrollando canales de análisis automatizados. Estos canales agilizarán el procesamiento de datos, lo cual permitirá a los investigadores analizar sus resultados de forma rápida y eficiente. De forma complementaria, Álvaro está explorando la implementación de métodos básicos de superresolución computacional para mejorar aún más la calidad de los datos:
«Dada la importancia de nuestra institución, creemos que nuestro trabajo debe hacerse de modo a que otros quieran adoptarlo. Estamos ya en discusiones con Evident sobre la implementación de nuestro nuevo algoritmo dedicado a la separación espectral, con el objetivo de ponerlo a disposición de todos los que llevan a cabo este tipo de investigaciones».
Al ampliar los límites de la transcriptómica espacial a través de procesos de multiplexación y análisis automatizados, el EMBL de Roma está avanzando en el campo de la neurociencia y la epigenética. También están proporcionando a los investigadores las herramientas que necesitan para obtener conocimientos más profundos sobre los patrones de expresión genética en los tejidos.
Objetivos futuros
El EMBL de Roma tiene una visión clara en cuanto al uso futuro del escáner VS200: éste desempeñará un papel fundamental en el desarrollo de la plataforma de los servicios transcriptómicos espaciales. En lugar de automatizar una sola muestra, el EMBL de Roma planea ejecutar en paralelo el proceso de preparación de muestras, lo que favorecerá un mayor procesamiento de portaobjetos con el escáner VS200. Esto permitirá al EMBL de Roma aumentar la
eficiencia de sus experimentos, y mantener altos niveles de precisión y exactitud. Al usar el escáner VS200 de esta manera, el EMBL de Roma espera lograr su objetivo de crear una plataforma que pueda proporcionar datos transcriptómicos espaciales de alta calidad a investigadores de todo el mundo.
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