Los investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado la primera herramienta de visualización espacial en 3D para mapear datos "ómicos" en órganos completos. La herramienta ayuda a los investigadores y clínicos a comprender los efectos de las sustancias químicas, como los metabolitos microbianos y los medicamentos, en un órgano enfermoen el contexto de los microbios que también habitan en la región. El trabajo podría avanzar en el suministro dirigido de medicamentos para la fibrosis quística y otras afecciones en las que los medicamentos no pueden penetrar.
Un equipo dirigido por Pieter Dorrestein, PhD, profesor en la Escuela de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas Skaggs de la Universidad de California en San Diego y miembro del equipo de liderazgo en el Centro de Innovación de Microbiomas de la UC San Diego, publicó el estudio el 19 de octubre en célula huésped y microbio .
Cada rincón y grieta de un órgano humano tiene su propio microbioma: los microorganismos y sus genes que están presentes en un entorno particular. La anatomía del órgano y su entorno temperatura, nivel de pH, disponibilidad de nutrientes, etc. determinanqué microorganismos están presentes. A su vez, los microorganismos responden y afectan la presencia de agentes terapéuticos.
"Nuestra comprensión de la variación espacial de la composición química y microbiana de un órgano humano sigue siendo limitada", dijo Dorrestein. "Esto se debe en parte al tamaño y la variabilidad de los órganos humanos, y la gran cantidad de datos que tenemosobtener de los estudios de metabolómica y genómica "
Para abordar este desafío, el equipo de Dorrestein desarrolló un flujo de trabajo de código abierto para mapear datos de metabolómica y microbioma en una reconstrucción de órganos en 3D construida a partir de imágenes radiológicas.
Primero, los investigadores obtuvieron un pulmón de un paciente que padecía fibrosis quística y lo seccionaron. Analizaron las muestras para detectar la presencia de bacterias, sus metabolitos y factores de virulencia moléculas que aumentan la eficacia bacteriana y les permiten colonizar un nicho enel anfitrión, y cualquier medicamento que se le dé al paciente durante el tratamiento.
A continuación, Neha Garg, PhD, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Dorrestein en ese momento, y Mingxun Wang, una estudiante graduada en el laboratorio de UC San Diego de Nuno Bandeira, PhD, modificaron una extensión existente de Google Chrome llamada "ili" para visualizardistribuciones de microbiomas y metabolomas en un órgano completo.
"La aplicación permite al usuario mapear datos en una superficie 2D o 3D, por lo que modificamos el código para permitirnos mapear los datos de abundancia no solo en las superficies, sino también dentro del modelo", dijo Garg, quien ahora es unprofesor asistente en Georgia Tech.
Para visualizar la localización espacial de las bacterias y las moléculas, el equipo adquirió imágenes de tomografía computarizada de un pulmón humano y las procesó para generar un modelo 3D.
Con los datos "ómicos" del pulmón de fibrosis quística superpuestos al pulmón 3D en la versión modificada de "ili", los investigadores pudieron hacer observaciones importantes.
"Pudimos ver que uno de los antibióticos administrados al paciente antes de recolectar el tejido no penetró en el fondo del pulmón, un fenómeno que no se había observado antes", dijo Garg. "Esto se correlacionó con una mayor abundanciadel agente patógeno asociado a la fibrosis quística Achromobacter. Por lo tanto, diferentes fármacos pueden penetrar diferencialmente en el pulmón, lo que limita la exposición a una dosis efectiva. Nuestra herramienta permite a los investigadores y médicos visualizar esta importante preocupación clínica dentro de un órgano humano por primera vez. Esto tiene implicaciones paratratamiento de la FQ y otras enfermedades "
Los investigadores crearon mapas de código abierto de 16,379 moléculas y 56 microbios que ahora servirán como un recurso para los científicos que investigan la fibrosis quística y otras enfermedades asociadas a los pulmones.
"A medida que los futuros estudios revelen más sobre el microbioma y el metaboloma, su visualización espacial proporcionará un medio para inferir su importancia biológica", dijo Dorrestein. "Además, la metodología desarrollada puede extenderse a cualquier órgano humano, especialmente aquellos con tumores, que se sabe que están asociados con sus propios microbiomas únicos ".
El equipo espera que el trabajo ayude a permitir una entrega de medicamentos mejorada, que podría usarse para rectificar la penetración deficiente de los antibióticos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - San Diego . Original escrito por Deb Jude. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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