Custom Probe-Based Spatial Transcriptomics Enables Microbiome Detection in FFPE Colorectal Cancer Tissue

Dentro de cada tumor, existe un mundo oculto. Durante años, los científicos han sabido que las bacterias viven dentro de los cánceres humanos, no solo como pasajeras accidentales, sino como participantes activas que pueden influir en cómo crece una enfermedad, cómo reacciona el sistema inmunológico e incluso en qué tan bien responde un paciente al tratamiento. Estas comunidades microscópicas no están dispersas al azar; forman vecindarios específicos dentro del tejido, interactuando con las células humanas de formas complejas. Para comprender estas interacciones, los investigadores necesitan ver dónde se encuentran las bacterias en relación con las células humanas, de forma muy similar a un mapa que muestra tanto las casas como las personas que viven dentro de ellas. Durante mucho tiempo, este tipo de mapeo detallado solo fue posible con muestras de tejido fresco, las cuales son raras y difíciles de recolectar. La gran mayoría de los registros médicos, sin embargo, consisten en tejido que ha sido preservado en bloques de cera, un método que ha sido el estándar durante décadas pero que anteriormente se consideraba demasiado degradado para este tipo de trabajo detectivesco bacteriano de alta resolución.

Un equipo de investigadores ha cerrado esta brecha, desarrollando una nueva forma de mapear bacterias dentro de estas muestras de tejido preservadas. Al adaptar una tecnología diseñada para leer genes humanos, crearon un conjunto personalizado de herramientas moleculares que también pueden encontrar y localizar tipos específicos de bacterias. Probaron este enfoque en muestras de cáncer colorrectal, una enfermedad donde la relación entre las bacterias y los tumores es particularmente importante. Su trabajo demuestra que es posible observar la disposición espacial de los microbios en muestras médicas antiguas y archivadas sin perder la capacidad de leer el código genético humano junto con ellos. Esto abre la puerta a estudiar décadas de muestras de pacientes almacenadas para comprender cómo las bacterias influyen en el cáncer de formas que antes eran invisibles.

Los investigadores comenzaron diseñando un nuevo conjunto de sondas moleculares, que son esencialmente pequeñas etiquetas personalizadas que se adhieren a secuencias genéticas específicas. En este caso, se dirigieron al código genético de las bacterias, específicamente a las regiones variables de una molécula llamada 16S rRNA, que actúa como un identificador único para diferentes grupos bacterianos. Construyeron estas sondas para que funcionaran con una plataforma de imagen moderna llamada Visium CytAssist, un sistema que captura información genética de cortes finos de tejido mientras mantiene su forma y ubicación originales intactas. El desafío era hacer que estas sondas bacterianas funcionaran junto con las sondas estándar utilizadas para leer genes humanos, asegurando que los dos sistemas no interfirieran entre sí. Crearon un grupo de 195 pares de estas sondas, dirigidas a 15 grupos diferentes de bacterias conocidos por ser relevantes para el cáncer colorrectal, y las mezclaron en el kit de prueba estándar.

Para probar si este nuevo método funcionaba, el equipo lo aplicó a seis muestras de tejido colorrectal que habían sido preservadas en bloques de cera. Tres de estas muestras eran de tumores y tres eran de tejido sano tomado de los mismos pacientes cerca del tumor. El proceso consistió en cortar el tejido, tratarlo con la mezcla personalizada de sondas y luego utilizar una máquina para leer las señales genéticas. Los resultados fueron inmediatos y claros: el sistema detectó con éxito tanto los genes humanos como las señales bacterianas en las mismas secciones de tejido. Crucialmente, la presencia de las sondas bacterianas no alteró la lectura de los genes humanos. Cuando los investigadores analizaron los datos genéticos humanos, las células se organizaron en los patrones esperados, con grupos distintos para el revestimiento del colon, las capas musculares y las células inmunitarias, tal como ocurre en el tejido fresco. Esto confirmó que el nuevo método es seguro de usar y no dañó la delicada información almacenada en las muestras preservadas.

El descubrimiento más emocionante surgió cuando los investigadores observaron dónde se encontraban las bacterias. En las muestras de tejido sano, las señales bacterianas se encontraron principalmente en la superficie misma, revistiendo el interior del colon, lo que coincide con lo que se sabe sobre cómo viven naturalmente las bacterias en un intestino sano. Sin embargo, las muestras de los tumores contaban una historia más compleja. En la mayoría de las muestras de tumores, las bacterias se encontraron en pequeños cúmulos concentrados. Pero una muestra de tumor específica destacó drásticamente. Contenía una cantidad mucho mayor de señal bacteriana que las otras, y estas bacterias no estaban simplemente sentadas en la superficie; estaban profundamente incrustadas dentro del propio tejido tumoral.

Cuando los investigadores observaron más de cerca los tipos de bacterias en este tumor de alta señal, encontraron dos grupos principales: uno relacionado con un género llamado Porphyromonas y otro relacionado con Bacteroides-Phocaeicola. Aunque ambos grupos estaban presentes en todo el tumor, siguieron caminos diferentes a medida que se adentraban en el tejido. Un grupo parecía penetrar el tumor en una dirección o a un ritmo diferente que el otro. Esto sugiere que diferentes tipos de bacterias podrían estar invadiendo el tumor de maneras únicas, interactuando potencialmente con las células humanas que las rodean de formas distintas. La capacidad de ver estos patrones distintos en una sola muestra es algo que los métodos más antiguos no podían lograr, ya que esos métodos habrían mezclado todas las bacterias, perdiendo la información sobre dónde vivía realmente cada tipo.

Este estudio no pretende haber resuelto el misterio de cómo las bacterias causan el cáncer, ni demuestra que estas bacterias específicas sean los únicos impulsores de la enfermedad. En cambio, establece una nueva capacidad. Muestra que los científicos ahora pueden tomar los vastos archivos de muestras de tejido preservadas de hospitales de todo el mundo y comenzar a mapear las comunidades bacterianas dentro de ellos con alta precisión. Los investigadores señalaron que, debido a que su método utiliza sondas específicas, solo pueden encontrar las bacterias para las cuales diseñaron las sondas, lo que significa que no pueden descubrir especies enteramente nuevas y desconocidas con esta configuración específica. Sin embargo, el sistema es lo suficientemente flexible como para ser expandido con más sondas en el futuro.

Los hallazgos también resaltan la importancia de observar la disposición espacial de los microbios. El hecho de que diferentes bacterias mostraran diferentes patrones de distribución dentro del mismo tumor sugiere que su ubicación es importante. Algunas podrían estar acechando en la superficie, mientras que otras están infiltrando activamente el núcleo del cáncer. Este nivel de detalle era previamente imposible de obtener a partir del tipo más común de espécimen médico. Al demostrar que esta técnica funciona en tejido fijado en formalina e incluido en parafina, los investigadores han proporcionado un marco general que puede aplicarse a otras enfermedades y otros tipos de muestras preservadas. Transforma la manera en que los científicos pueden mirar hacia atrás en la historia médica, permitiéndoles plantear nuevas preguntas sobre el mundo microbiano invisible que vive dentro de nuestros cuerpos y cómo este moldea nuestra salud.