Un innovador mapa corporal revela el daño oculto de la obesidad en los nervios faciales

Investigadores del Helmholtz Munich, la Universidad Ludwig Maximilians de Múnich (LMU) y varias instituciones asociadas crearon un sistema de inteligencia artificial (IA) capaz de mapear cambios relacionados con enfermedades en todo el cuerpo de un ratón con un detalle celular impresionante. Utilizando esta nueva plataforma, conocida como MouseMapper, el equipo descubrió inflamación generalizada y daños nerviosos previamente desconocidos asociados a la obesidad.

El estudio también identificó patrones moleculares similares en tejidos humanos, sugiriendo que aspectos importantes del daño nervioso relacionado con la obesidad pueden ocurrir tanto en ratones como en personas. Los hallazgos fueron publicados en la revista Nature.

La obesidad es conocida por afectar mucho más que el peso corporal y el metabolismo. Puede alterar la actividad inmunológica, interrumpir las estructuras nerviosas y remodelar los tejidos en todo el cuerpo, aumentando el riesgo de condiciones como la diabetes tipo 2, enfermedades cardiovasculares, accidentes cerebrovasculares, neuropatías y cáncer. A pesar de estos efectos generalizados, los científicos habían carecido de herramientas capaces de estudiar los cambios relacionados con enfermedades en un cuerpo intacto con alta precisión.

Para abordar ese desafío, un equipo de investigación liderado por el Prof. Ali Ertürk, director del Instituto de Inteligencia Biológica (iBIO) en Helmholtz Munich y profesor en LMU, desarrolló MouseMapper. Este marco de IA utiliza algoritmos de aprendizaje profundo basados en modelos fundamentales para analizar grandes conjuntos de datos de imágenes de cuerpos completos.

El sistema puede identificar y segmentar automáticamente 31 órganos y tipos de tejidos, además de mapear nervios y células inmunitarias en todo el cuerpo. Esto permite a los investigadores examinar cómo las enfermedades afectan múltiples sistemas de órganos simultáneamente 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", explicó Ying Chen, co-primer autor del estudio.

Ratones Transparentes y Microscopía de Cuerpo Completo

Para construir los mapas corporales, los investigadores primero etiquetaron los nervios y células inmunitarias en ratones utilizando marcadores fluorescentes que brillan bajo un microscopio. Luego, emplearon métodos de aclarado de tejidos para hacer que los ratones fueran transparentes, preservando las señales fluorescentes, lo que permitió a los científicos ver en el interior del cuerpo sin necesidad de cortar los tejidos.

A continuación, el equipo utilizó microscopía de luz de hoja avanzada para capturar imágenes tridimensionales detalladas de ratones enteros. Este proceso generó enormes conjuntos de datos que contenían decenas de millones de estructuras celulares de órganos y tejidos a lo largo del cuerpo.

MouseMapper luego analizó las imágenes automáticamente, identificando regiones anatómicas, redes nerviosas y grupos de células inmunitarias en los animales. Este enfoque permitió a los investigadores localizar exactamente dónde aparecieron la inflamación y el daño tisular en órganos como el tejido adiposo, músculos, hígado y nervios periféricos. A diferencia de los métodos anteriores, los científicos no necesitaron elegir regiones específicas para estudiar de antemano.

Obesidad Relacionada con Daños en Nervios Faciales

Para explorar cómo la obesidad cambia el cuerpo, los investigadores alimentaron a ratones con una dieta alta en grasas que provocó obesidad y problemas metabólicos similares a los observados en humanos.

Utilizando MouseMapper, el equipo encontró alteraciones generalizadas en la organización de células inmunitarias y estructuras nerviosas en todo el cuerpo. Uno de los hallazgos más sorprendentes involucró al nervio trigémino, un nervio facial importante responsable de la sensación facial y ciertas funciones motoras.

En ratones obesos, estos nervios sensoriales mostraron una reducción importante en ramas y terminaciones nerviosas, lo que sugiere un deterioro en la función nerviosa. Pruebas de comportamiento respaldaron esa conclusión, mostrando que los ratones obesos eran menos sensibles a la estimulación sensorial en comparación con los ratones delgados.

Los investigadores luego se centraron en el ganglio trigémino, que contiene los cuerpos celulares de las neuronas sensoriales faciales. A través de un análisis de proteómica espacial, identificaron cambios moleculares relacionados con la inflamación y la remodelación nerviosa.

Es importante destacar que muchas de las mismas firmas moleculares también se encontraron en tejido trigémino de personas con obesidad. Esto sugiere que los cambios relacionados con los nervios observados en ratones también pueden ocurrir en humanos.

"Revelamos cambios estructurales y moleculares previamente desconocidos en el ganglio trigémino y sus ramas faciales, y la misma firma molecular se conservó en tejido humano. Este tipo de hallazgo simplemente no puede surgir de estudiar un órgano a la vez", afirmó Dr. Doris Kaltenecker, científica senior en el Instituto de Diabetes y Cáncer (IDC) en Helmholtz Munich y primera autora del estudio.

Una Nueva Herramienta para Estudiar Enfermedades Complejas

Los investigadores creen que MouseMapper podría convertirse en una herramienta importante para estudiar enfermedades que afectan muchos sistemas orgánicos simultáneamente, incluyendo diabetes, cáncer, enfermedades neurodegenerativas y trastornos autoinmunes.

A diferencia de enfoques anteriores centrados en tejidos u órganos individuales, MouseMapper proporciona un sistema de análisis integral del cuerpo completo que puede identificar puntos críticos de enfermedades a lo largo de un organismo.

El equipo también ha hecho que los conjuntos de datos de cuerpo completo estén disponibles públicamente en línea para que investigadores de todo el mundo puedan explorar los cambios relacionados con la obesidad en órganos y tejidos.

"Nuestro objetivo es crear un marco integral para entender cómo las enfermedades afectan al cuerpo como un sistema interconectado", declaró Ali Ertürk. "Nuestra visión a largo plazo es construir gemelos digitales verdaderamente realistas de ratones en salud y enfermedad: atlas a nivel celular que podamos consultar, perturbar y examinar computacionalmente in silico. Eso nos permitiría identificar los cambios más tempranos que causa una enfermedad, diseñar intervenciones para prevenirlos y acelerar el descubrimiento de nuevos tratamientos mientras reducimos el número de experimentos físicos que necesitamos realizar."

El trabajo fue apoyado por el Consejo Europeo de Investigación (Consolidator Grant CALVARIA a A. Ertürk; subvención 949017 a M. Rohm), la Fundación Alemana de Investigación (DFG) bajo la Estrategia de Excelencia de Alemania dentro del Clúster de Sistemas Neurológicos de Múnich (SyNergy, ID 390857198, EXC 2145), DFG SFB 1052 (A9) y TR 296 (P03), el Centro de Investigación Colaborativa CRC 1744, el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (colaboración NATON, 01KX2121, y HIVacToGC), la Fundación de Investigación de Demencia Vascular, la Subvención del Proyecto del Corazón Nomis (Fundación Nomis), la Fundación Else-Kröner-Fresenius, la Fundación Edith-Haberland-Wagner, la Fundación Helmut Horten, el Programa EFSD y Novo Nordisk A/S para la Investigación en Diabetes en Europa (a D. Kaltenecker), y el Consejo de Becas de China (a Y. Chen).

Temas