Una base de datos de 200.000 imágenes ofrece una nueva forma de ver cómo se organizan las células

MURCIA (EP). Trabajando con cientos de miles de imágenes de alta resolución, el equipo del Instituto Allen para la Ciencia Celular, una división del Instituto Allen, en Estados Unidos, puso números a la organización interna de las células humanas, un concepto biológico que hasta la fecha ha demostrado ser excepcionalmente difícil de cuantificar.

Gracias a ese trabajo, publicado en la revista 'Nature', los científicos también captaron detalles sobre la rica variación de la forma celular incluso entre células genéticamente idénticas cultivadas en condiciones idénticas.

"La forma en que se organizan las células nos dice algo sobre su comportamiento e identidad -afirma la doctora Susanne Rafelski, Directora Adjunta del Instituto Allen de Ciencia Celular, que dirigió el estudio junto con el doctor Matheus Viana, científico principal-. Aún no hemos aprovechado esa información".

Este estudio proporciona una hoja de ruta para que los biólogos comprendan la organización de los distintos tipos de células de una forma mensurable y cuantitativa, afirma Rafelski. También revela algunos principios organizativos clave de las células que estudia el equipo del Instituto Allen, conocidas como células madre pluripotentes inducidas humanas.

Comprender cómo se organizan las células en condiciones sanas -y toda la variabilidad que contiene lo "normal"- puede ayudar a los científicos a entender mejor lo que falla en las enfermedades. El conjunto de datos de imágenes, las células madre modificadas genéticamente y el código utilizado en este estudio están a disposición del público para su uso por otros científicos de la comunidad.

"Parte de lo que hace que la biología celular parezca intratable es el hecho de que cada célula tiene un aspecto diferente, incluso cuando se trata del mismo tipo de célula. Este estudio del Instituto Allen demuestra que esta misma variabilidad que durante tanto tiempo ha plagado el campo es, de hecho, una oportunidad para estudiar las reglas por las que se construye una célula", señala el doctor Wallace Marshall, Profesor de Bioquímica y Biofísica en la Universidad de California y miembro del Consejo Científico Asesor del Instituto Allen para la Ciencia Celular--. Este enfoque es generalizable a prácticamente cualquier célula, y espero que muchos otros adopten la misma metodología".

En un trabajo iniciado hace más de siete años, el equipo del Instituto Allen construyó por primera vez una colección de células madre modificadas genéticamente para iluminar diferentes estructuras internas con un microscopio fluorescente. Con las líneas celulares que etiquetan 25 estructuras individuales, los científicos capturaron imágenes tridimensionales de alta resolución de más de 200.000 células diferentes.

Todo ello para formular la aparentemente sencilla pregunta de cómo organizan las células su interior y llegar a la respuesta es realmente complejo. Los científicos querían saber cómo se ordenan entre sí todas esas diminutas estructuras celulares y si la "estructura A" está siempre en el mismo lugar o es aleatoria.

El equipo se topó con un reto al comparar la misma estructura entre dos células diferentes. Aunque las células estudiadas eran genéticamente idénticas y se habían criado en el mismo entorno de laboratorio, sus formas variaban sustancialmente. Los científicos se dieron cuenta de que sería imposible comparar la posición de la estructura A en dos células diferentes si una de ellas era corta y rechoncha y la otra larga y con forma de pera. Así que pusieron números a esas manchas rechonchas y a esas peras alargadas.

Mediante análisis computacionales, el equipo desarrolló lo que denominan un "espacio de forma" que describe objetivamente la forma externa de cada célula madre. Ese espacio de forma incluye ocho dimensiones diferentes de variación de la forma, como la altura, el volumen, la elongación y las acertadamente descritas "forma de pera" y "forma de judía". Los científicos podrían así comparar manzanas con manzanas (o judías con judías), observando la organización de las estructuras celulares en el interior de todas las células similares.

"Sabemos que en biología la forma y la función están interrelacionadas, y comprender la forma de una célula es importante para entender su funcionamiento --explica Viana--. Hemos ideado un marco que nos permite medir la forma de una célula, y en el momento en que lo haces puedes encontrar células que tienen formas similares, y para esas células puedes entonces mirar dentro y ver cómo está todo dispuesto".

Cuando observaron la posición de las 25 estructuras resaltadas, comparando esas estructuras en grupos de células con formas similares, descubrieron que todas las células se organizaban de formas notablemente parecidas. A pesar de las enormes variaciones en la forma de las células, su organización interna era sorprendentemente coherente.

Encontrar desviaciones del estado normal de las cosas podría dar a los científicos información importante sobre cómo cambian las células cuando pasan de estacionarias a móviles, cuando se preparan para dividirse o sobre lo que falla a nivel microscópico en las enfermedades.

Los investigadores observaron dos variaciones en su conjunto de datos: células en los bordes de colonias de células y células que se estaban dividiendo para crear nuevas células hijas, un proceso conocido como mitosis. En estos dos estados, los científicos pudieron detectar cambios en la organización interna que se correlacionaban con los distintos entornos o actividades de las células.

"Este estudio reúne todo lo que hemos estado haciendo en el Instituto Allen de Ciencia Celular desde su creación -afirma el doctor Ru Gunawardane, Director Ejecutivo del Instituto Allen de Ciencia Celular-. Hemos construido todo esto desde cero, incluidas las métricas para medir y comparar diferentes aspectos de cómo se organizan las células. Lo que realmente me entusiasma es cómo nosotros y otros miembros de la comunidad podemos ahora basarnos en esto y hacer preguntas sobre biología celular que antes no podíamos hacer".