La microtomografía computada de rayos X (micro-CT) es una tecnología ampliamente utilizada en medicina, ingeniería y paleontología para observar estructuras internas sin necesidad de cortar o dañar los objetos analizados. Ahora, un grupo de científicos italianos demostró que esta misma herramienta puede ofrecer información inédita sobre el cannabis industrial, permitiendo reconstruir en tres dimensiones tanto la anatomía interna de las semillas como la morfología de los tricomas con un nivel de detalle imposible de alcanzar mediante técnicas convencionales.
El estudio, publicado en la revista científica Foods, describe por primera vez la aplicación sistemática de esta metodología para caracterizar semillas y tricomas de Cannabis sativa L., abriendo nuevas posibilidades para la investigación agronómica, el mejoramiento genético y el desarrollo de alimentos y nutracéuticos derivados del cáñamo.
Una tecnología que permite mirar dentro de la planta
La microtomografía computada funciona de manera similar a una tomografía médica, aunque con una resolución muchísimo mayor. Mediante cientos de imágenes obtenidas desde diferentes ángulos, un software reconstruye un modelo tridimensional extremadamente preciso del tejido vegetal.
La principal ventaja es que todo el proceso es no destructivo. A diferencia de otras técnicas que requieren cortar las semillas o preparar delgadas secciones histológicas, la micro-CT permite conservar intacta la muestra mientras registra cada una de sus estructuras internas.
Los investigadores sostienen que esta capacidad resulta especialmente valiosa para el estudio del cannabis, una especie cuya calidad nutricional, rendimiento y composición química dependen en gran medida de la anatomía de las semillas y de las características de sus tricomas.
El potencial alimentario del cáñamo impulsa nuevas herramientas
Durante los últimos años, el cáñamo industrial experimentó un importante crecimiento a nivel mundial gracias al interés por sus aplicaciones alimentarias.
Las semillas contienen proteínas de alto valor biológico, aceites ricos en ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas y compuestos bioactivos que las convierten en un ingrediente cada vez más utilizado para elaborar harinas, bebidas vegetales, suplementos y alimentos funcionales.
Sin embargo, distintos estudios demostraron que la composición nutricional varía considerablemente entre cultivares y también puede verse modificada por el ambiente, el manejo agronómico y las condiciones de cultivo.
Por ese motivo, disponer de herramientas capaces de caracterizar con precisión la estructura física de las semillas podría facilitar tanto la selección genética como el desarrollo de variedades adaptadas a diferentes usos industriales.
Reconstrucción tridimensional de las semillas
Para el trabajo, los investigadores analizaron semillas de la variedad Felina 32, una de las variedades monoicas de cáñamo industrial ampliamente cultivadas en Europa.
Las imágenes obtenidas permitieron distinguir claramente todas las estructuras internas de la semilla: el pericarpio, el embrión, el endospermo e incluso las cavidades internas.
A partir de esa reconstrucción tridimensional fue posible calcular automáticamente parámetros morfológicos como volumen, superficie, diámetro equivalente, esfericidad y diferentes relaciones geométricas entre las distintas partes de la semilla.
Los resultados mostraron que el embrión ocupa aproximadamente el 42 % del volumen total de la semilla, mientras que el pericarpio representa cerca del 28 %, el endospermo un 7 % y las cavidades internas el 23 % restante. Estos valores fueron obtenidos mediante análisis volumétricos en tres dimensiones y pueden observarse claramente en el gráfico presentado por los autores.
Un dato útil para la industria alimentaria
Uno de los hallazgos más interesantes fue la posibilidad de medir con precisión el espesor del pericarpio, es decir, la cubierta externa de la semilla.
El análisis reveló que presenta un espesor medio cercano a 193 micrómetros, con muy poca variabilidad entre distintas regiones de la misma semilla. Este dato podría parecer menor, pero tiene aplicaciones prácticas importantes.
El espesor del pericarpio influye directamente sobre procesos industriales como el descascarado, la extracción de aceite y la recuperación de proteínas. Conocer esas características permite optimizar la maquinaria utilizada durante el procesamiento y seleccionar variedades más adecuadas para cada destino productivo.
Mucho más que semillas: también estudiaron los tricomas
Además de las semillas, el equipo aplicó la misma metodología sobre hojas de dos variedades diferentes de cannabis industrial: Uso31 y Jubileu.
El objetivo consistía en caracterizar tridimensionalmente los tricomas no glandulares presentes sobre ambas superficies foliares.
Los tricomas son pequeñas estructuras epidérmicas que cumplen funciones de protección frente a radiación, insectos y estrés ambiental. Aunque los más conocidos son los tricomas glandulares productores de cannabinoides y terpenos presentes principalmente en las flores, las hojas también poseen tricomas cuya distribución y morfología pueden aportar información útil para programas de mejoramiento genético.
Gracias al contraste generado por los rayos X, los investigadores lograron segmentar automáticamente miles de tricomas individuales y reconstruirlos en tres dimensiones sin necesidad de manipular el tejido vegetal.
Más de 29.000 tricomas analizados automáticamente
Una de las ventajas del método fue la posibilidad de automatizar completamente el conteo. En la variedad Uso31 se identificaron 29.364 tricomas, mientras que en Jubileu se contabilizaron 28.522.
El análisis permitió calcular además, la densidad de tricomas, el diámetro promedio, la altura media, el volumen individual y la distribución entre la cara superior e inferior de las hojas.
Los resultados mostraron que Uso31 presentó tricomas ligeramente más grandes y una densidad algo superior respecto de Jubileu, mientras que ambas variedades concentraron una mayor cantidad de tricomas sobre la superficie inferior de las hojas.
Una herramienta para acelerar el mejoramiento genético
Los autores consideran que la principal importancia del trabajo no reside únicamente en las mediciones obtenidas, sino en la metodología desarrollada.
Hasta ahora, muchas de estas variables requerían procedimientos manuales, destructivos y extremadamente laboriosos.
La micro-CT permite obtener toda esa información en un único análisis tridimensional, preservando completamente las muestras.
En el futuro, esos parámetros morfológicos podrán combinarse con análisis químicos para relacionar la estructura física de semillas y tricomas con características como el contenido de proteínas, aceites, cannabinoides, polifenoles o terpenos.
Esa integración facilitaría la selección de nuevas variedades con mejores perfiles nutricionales o industriales y optimizaría los programas de breeding orientados tanto al cáñamo alimentario como al cannabis medicinal.
También podría mejorar el control de calidad
Otra aplicación potencial señalada por los investigadores es el control de calidad de semillas.
La Asociación Internacional de Análisis de Semillas (ISTA) ya considera que las técnicas de microtomografía tendrán un papel cada vez más importante en los protocolos de evaluación de semillas.
En el caso del cannabis, la posibilidad de detectar defectos internos, medir automáticamente características anatómicas o clasificar distintos genotipos podría acelerar significativamente los procesos de certificación y selección de material vegetal.
Además, al tratarse de una técnica completamente no destructiva, las mismas semillas podrían utilizarse posteriormente para estudios fisiológicos o incluso para su siembra.
Un primer paso con enorme potencial
Los propios autores reconocen que este trabajo constituye principalmente una prueba de concepto. El estudio analizó un número reducido de muestras y todavía no relacionó estadísticamente las características morfológicas con la composición química o el rendimiento agronómico. Sin embargo, consideran que la metodología abre un nuevo campo de investigación para el cannabis.
En futuros trabajos esperan ampliar el número de variedades estudiadas y combinar la microtomografía con técnicas químicas capaces de determinar la distribución específica de metabolitos en distintas estructuras de la planta.
Si esas investigaciones avanzan, la micro-CT podría convertirse en una herramienta habitual para caracterizar semillas, seleccionar cultivares y optimizar toda la cadena productiva del cannabis industrial.