Los microscopios revelan un momento congelado en el tiempo celular: un nuevo método registra las células mientras funcionan

Investigadores de Princeton y la Universidad Rockefeller han encontrado una nueva forma de estudiar la comunicación celular, registrando las interacciones entre las células mientras trabajan en un organismo vivo y desbloqueando nuevas formas de comprender cómo funcionan nuestros cuerpos.

Las interacciones celulares son esenciales para combatir enfermedades y formar tejidos, dijo Yuri Pritykin, profesor asistente de informática del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa y del Instituto de Bioingeniería Omenn-Darling. Es uno de los dos autores principales sobre el papelpublicado el 6 de marzo en Naturaleza. «Sin embargo, la mayoría de los esfuerzos en biología molecular se han dedicado a estudiar lo que sucede dentro de una célula, en lugar de las interacciones entre células», dijo Pritykin.

Esto se debe en parte a que es muy difícil saber con precisión qué células interactúan. Si bien los microscopios potentes pueden mostrar las posiciones de las células dentro de una porción de tejido, estas imágenes representan un momento congelado en el tiempo celular. Es posible inferir qué células podrían interactuar observando una imagen microscópica, dijo Pritykin, pero esto requiere hacer muchas suposiciones.

«Mirar una porción de tejido le dirá qué células están una al lado de la otra, pero el hecho de que las células estén cerca unas de otras no significa que estén interactuando», dijo Pritykin. «Finalmente, ahora tenemos una forma precisa de medir las interacciones celulares en un organismo vivo».

El trabajo es una colaboración entre biólogos moleculares, dirigidos por Gabriel D. Victora, profesor asociado de la Universidad Rockefeller, y biólogos computacionales, dirigidos por Pritykin. Los biólogos desarrollaron el trabajo experimental y los informáticos crearon un algoritmo para analizar el complejo conjunto de datos que produjeron los experimentos.

El descubrimiento clave provino del laboratorio de Victora, que encontró una manera de diseñar genéticamente un organismo complejo (en este caso, un ratón) para que algunas de sus células produjeran un péptido que permanece en cualquier célula con la que interactúa. La ingeniería genética también permite a los investigadores medir los niveles de este péptido, lo que les permite comprender exactamente qué células están interactuando. Fundamentalmente, los investigadores pudieron registrar interacciones entre diferentes tipos de células inmunitarias, así como interacciones entre células inmunitarias y células epiteliales en el intestino.

Una versión anterior de esta tecnología, desarrollada por el laboratorio de Victora en 2018, utilizaba un método similar de ingeniería celular, pero solo registraba interacciones entre dos moléculas que ocurren en las superficies de ciertos tipos de células inmunes. Si bien no es completamente nuevo, el método actualizado es un gran avance: es la primera vez que los investigadores demuestran que puede usarse para rastrear interacciones entre cualquier tipo de célula, no solo entre las células inmunes específicas utilizadas en la primera versión de la tecnología. .

Sin embargo, los investigadores optaron por mantener su enfoque en las células inmunes porque son excelentes comunicadoras celulares: una de sus funciones principales es moverse por el cuerpo y responder a diferentes tipos de estímulos, dijo Pritykin. En sus experimentos, los investigadores pudieron registrar las interacciones de las células inmunitarias mientras realizaban sus funciones durante el curso de una infección.

Hay otra razón por la que este método actualizado es un gran avance: combina datos sobre la interacción célula-célula con secuenciación unicelular. Los investigadores pueden, por primera vez, comprender lo que sucede entre las células y dentro de las células simultáneamente. El método revela no sólo las interacciones celulares durante el curso de una infección, sino también exactamente qué está haciendo una célula en particular durante este proceso. «Esta combinación es muy poderosa», dijo Pritykin.

La combinación también produce un conjunto de datos increíblemente detallado y complejo. La secuenciación de células individuales recopila datos sobre cada gen en una célula en particular, midiendo miles de genes en una célula y decenas de miles de células a la vez. Agregue a eso los datos sobre interacciones celulares.

Para resolver este desafío, Pritykin y Sarah Walker, estudiante de doctorado en Biología Cuantitativa y Computacional, crearon una serie de algoritmos computacionales específicamente para interpretar este tipo de datos. Su análisis permitió a los biólogos moleculares aprovechar todo el potencial del método experimental, afirmó Pritykin.

Ahora que los investigadores pueden rastrear qué células interactúan además de lo que sucede dentro de esas células, uno de los siguientes pasos es determinar por qué. «No sabemos por qué se comunican», dijo Pritykin, «o qué genes son responsables de impulsar estas interacciones físicas». Este nuevo método, dijo, «allana el camino para que empecemos a hacer estas preguntas de una manera que nadie ha podido hacer antes».

El artículo, «Registro universal de interacciones de células inmunes in vivo» se publicó el 6 de marzo en Naturaleza.