En la última década, la evolución de las tecnologías de análisis molecular ha permitido observar con un nivel de detalle inimaginable la complejidad de los tejidos biológicos. Entre estas técnicas, la espectrometría de masas ha cobrado un papel fundamental debido a su capacidad para mapear la distribución espacial de biomoléculas sin la necesidad de marcadores externos. Sin embargo, a pesar de los avances instrumentales, las limitaciones en la resolución espacial han restringido ciertas aplicaciones, especialmente en el estudio de la heterogeneidad celular dentro de los órganos y tumores. Frente a este panorama, la técnica TEMI — Tissue-expansion mass-spectrometry imaging — surge como un método revolucionario que mejora la resolución espacial sin comprometer la sensibilidad ni la cobertura molecular, mediante la expansión física controlada del tejido. La esencia de TEMI radica en una innovadora combinación de la expansión de tejidos, un método inicialmente concebido para mejorar la microscopía óptica, y técnicas avanzadas de espectrometría de masas.
La expansión del tejido consiste en insertar el material biológico dentro de una matriz hidrogelificada que se hincha al ser sumergida en agua, incrementando sus dimensiones hasta varias veces su tamaño original. Este proceso permite "ampliar" las estructuras moleculares internas del tejido, haciendo accesibles detalles que antes podían perderse o estar más allá del límite óptico o instrumental. La clave del éxito de TEMI está en preservar la integridad y ubicación de las biomoléculas durante esta expansión para garantizar que las imágenes obtenidas con las técnicas de espectrometría de masas reflejen fielmente la distribución natural y real dentro del tejido. La metodología tradicional de expansión física de tejidos solía incluir procesos agresivos como digestiones enzimáticas con proteinasa K, detergentes fuertes o tratamientos de alta temperatura para lograr una expansión homogénea. Si bien estas técnicas facilitaban la isotropía en la expansión y evitaban deformaciones, se comprobó que causaban una considerable pérdida y desplazamiento de biomoléculas clave, en particular lípidos, metabolitos y glicanos, afectando así la calidad y fiabilidad de los análisis posteriores.
TEMI introduce un protocolo de expansión no desnaturalizante, evitando el uso de enzimas proteolíticas o detergentes, para preservar la mayoría de las moléculas en sus estados anclados nativos. Además, se ejecuta mediante rondas sucesivas de gelificación, lo que genera una red de hidrogel entrelazada que mantiene la estructura y permite una expansión controlada y repetible. El protocolo comienza con la fijación leve de la muestra biológica, seguida de la modificación química de las proteínas para anclarlas covalentemente a la matriz polimérica. La muestra se somete luego a la primera ronda de gelación, después de la cual se reembolsa y se gelifica nuevamente para lograr la doble o triple expansión, aumentando linealmente el tamaño del tejido hasta 2.5 a 3.
5 veces o más, con la posibilidad de alcanzar expansiones de diez veces con protocolos aún más complejos. La importancia de no introducir tratamientos desnaturalizantes radica en la retención efectiva de las biomoléculas y en la obtención de imágenes de alta fidelidad mediante espectrometría de masas con resoluciones espaciales que ahora pueden acercarse al nivel celular individual. El impacto de TEMI se ha demostrado particularmente en la cartografía de lípidos, metabolitos pequeños, péptidos y glicanos dentro de tejidos complejos como el cerebelo de ratón y tumores murinos. En estudios cerebrales, la aplicación de TEMI ha permitido distinguir capas cerebelosas funcionales que presentaban perfiles lipidómicos distintivos, revelando heterogeneidades moleculares hasta ahora imperceptibles con técnicas convencionales. Por ejemplo, ciertas especies de fosfatidilcolina (PC) se detectaron específicamente en la capa molecular, en la capa granular y en la sustancia blanca, lo que demuestra la precisión en la localización espacial y la riqueza del análisis molecular.
Al elevar la expansión y reducir el tamaño del láser en la espectrometría, se lograron resoluciones efectivas del orden de 2.9 micras, lo que permitió visualizar células individuales como las células de Purkinje y definir sus firmas moleculares específicas. En el área metabolómica, TEMI ha posibilitado la identificación y ubicación de metabolitos con variadas funciones bioquímicas y fisiológicas, tales como el colina, fosfato de hexosa, oleoiletanolamida y 2-araquidonilglicerol. La diferenciación espacial de estos metabolitos en distintas regiones funcionales del tejido aporta un entendimiento más profundo de la fisiología celular y de los microambientes tisulares. A nivel de proteínas, TEMI ha combinado la identificación por espectrometría basada en digestión in situ con técnicas de inmunohistoquímica basada en etiquetas con masa fotocleavable para reconocer proteínas específicas como la proteína básica de mielina y la histona H2B, ubicándolas con precisión espacial en el tejido.
Además, la técnica ha sido eficaz para la detección de glicanos N-ligados, enriqueciendo la información estructural y funcional que se puede derivar del análisis espacial. Otro avance significativo es la aplicación exitosa de TEMI en tejidos tumorales. Los tumores son conocidos por su heterogeneidad intrínseca y la compleja organización espacial de diferentes poblaciones celulares y microambientes metabólicos. ROMPIENDO con limitaciones previas, TEMI ha facilitado la segmentación espacial del tumor en hasta 21 regiones dominantes con base en perfiles metabólicos definidos, frente a las 3 regiones detectadas en muestras sin expansión. Esta mayor resolución espacial y molecular es crucial para comprender la biología tumoral, la resistencia al tratamiento y potenciales dianas terapéuticas.
La adaptabilidad de TEMI se extiende más allá del sistema nervioso y tumores, habiéndose demostrado éxito en órganos como el riñón y el páncreas, donde la distribución espacial de diferentes especies lipídicas ha sido cartografiada con detalle. Tal versatilidad posiciona a TEMI como una herramienta de primer orden para avances en biología de órganos, fisiopatología y medicina personalizada. Desde el punto de vista técnico, el diseño de TEMI ha sido cuidadoso para optimizar parámetros esenciales como el grosor de la sección al cryoseccionar, el uso de soluciones crioprotectoras (como sucrosa al 30%) y proteger la estructura microanatomíca para asegurar la compatibilidad con la matriz MALDI y la liberación eficiente de iones durante la ionización. Las técnicas de procesamiento de datos emplean segmentación no supervisada y métodos avanzados en el análisis de imágenes para revelar patrones biomoleculares con precisión y robustez. Una importante ventaja competitiva de TEMI frente a otros métodos de mejora de resolución en espectrometría de masas es su accesibilidad tecnológica.
A diferencia de enfoques que requieren instrumentación especializada muy costosa o modificaciones complejas, TEMI utiliza protocolos químico-biológicos que se adaptan a las técnicas de MSI convencionales más extendidas, facilitando su adopción en numerosos laboratorios. Asimismo, el enfoque no requiere necesariamente el uso de marcadores o anticuerpos específicos para cada molécula, permitiendo un análisis amplio y sin sesgo, esencial para estudios exploratorios en biología y medicina. Sin embargo, TEMI no está exenta de desafíos y áreas de mejora continua. Una cuestión fundamenta reside en la pérdida potencial de moléculas pequeñas libres y solubles que no están firmemente ancladas al tejido o a proteínas, lo que puede llevar a una subrepresentación en la imagen final. La investigación futura apunta a desarrollar métodos químicos para anclar estas pequeñas moléculas, evitando su difusión o pérdida durante la expansión.
Además, se requerirán optimizaciones en el espesor de las secciones y en las condiciones de análisis para maximizar la sensibilidad al aumentar el factor de expansión. Por otra parte, la eficacia de la inmunohistoquímica después de la expansión aún puede verse afectada por la modificación química de los epítopos y será un área clave para desarrollar protocolos más eficientes. El futuro de TEMI es prometedor, con el potencial de integrarse al conjunto de tecnologías de multi-ómica espacial que incluyen transcriptómica, proteómica y metabolómica, ofreciendo una visión holística y con alta resolución espacial de la biología tisular. La posibilidad de alcanzar una resolución espacial subcelular sin la necesidad de instrumentación especializada colocará a esta técnica a la vanguardia en el estudio de la complejidad molecular y la heterogeneidad funcional de tejidos sanos o enfermos. En resumen, TEMI representa un salto cualitativo en la imagenología molecular, que aprovecha la expansión controlada y no desnaturalizante del tejido para alcanzar resoluciones espaciales sin precedentes con espectrometría de masas.
Su capacidad para visualizar lípidos, metabolitos, proteínas y glicanos en el contexto bauplan de tejidos enteros abre nuevas vías para la investigación biomédica, desde la neurociencia hasta la oncología, con implicaciones directas para el diagnóstico, la investigación de mecanismos patológicos, y el desarrollo de terapias personalizadas. La adopción e implementación progresiva de TEMI probablemente transformará el panorama del análisis de tejidos y continuará impulsando la frontera del conocimiento molecular en biología.
