Ads-728

Ads-728

Psicología

Astrofísica

Genética

Neurociencia

» » » Iluminando el cerebro con ArcLight

por Scicurious, 12 de agosto 2013

Hay un montón de retos a la hora de estudiar el cerebro, pero uno de los más grandes es lo difícil que resulta de observar. Aparte de estar, ya sabes, dentro del cráneo, las muchas señales eléctricas y químicas que utiliza el cerebro son imposibles de ver a simple vista.

Tenemos formas de ver las neuronas y cómo se transmiten la  información. Por ejemplo, para registrar las señales eléctricas de una sola neurona, se puede hacer con un pequeño electrodo y obtener acceso al interior de la membrana (electrofisiología). Podemos entonces estimular las neuronas para activarla, o registrarla cuando se activa espontáneamente. En las técnicas como la optogenética, podemos insertar un gen en las neuronas que la pueda activar, o no, en respuesta a la luz. Al brillar la luz, se puede hacer que se active la neurona. Así que podemos hacer que se active o ver su activación. Con cosas como la voltamperometría, podemos ver los neurotransmisores, las sustancias químicas que se liberan de una neurona y se envían como señales a otras neuronas. Con técnicas como estas se han hecho grandes progresos en respecto a lo que entendemos de las neuronas y de cómo funcionan.

Pero, sólo se puede hacer esto con unas pocas neuronas a la vez. Esto se convierte en un problema, dado que el cerebro no funciona con una sola neurona cada vez. En realidad, las neuronas se organizan en redes, una activación de neuronas que afecta a muchas más neuronas, y cada una de ellas reacciona de distintas maneras, dependiendo de la entrada que reciben y de cuándo. A menudo, muchas neuronas tienen que activarse para obtener un resultado, a menudo es un patrón específico de neuronas. Una técnica ideal sería aquella con la que pudiéramos ver la activación espontánea de las neuronas, en tiempo real, y luego ver a dónde van esa señales, a fin de ver realmente una red de acción. ¿Y dónde podríamos verlo sin tener, en primer lugar, un cerebro?

Pues parece que la técnica podría ser esta. Cao y otros. "Genetically Targeted Optical Electrophysiology in Intact Neural Circuits" Cell, 2013.

Cuando una neurona se “activa", se somete a algo que se llama potencial de acción, una ola de cambios en voltajes que va a lo largo de la membrana hasta alcanzar la sinapsis. En la sinapsis, los voltajes cambian provocando la neurotransmisión, donde las señales químicas liberadas por una neurona emulan receptores en otras neuronas.

Esta nueva técnica, llamada Arclight, es el más reciente de los indicadores de voltaje genéticamente codificados (GEVIs), donde se inserta un gen en el organismo con un indicador de fluorescencia. El gen en sí mismo es sensible al voltaje de una célula. Así como a la acción potencial que se produzca, y la tensión de los cambios neuronales, el indicador sensitivo de voltaje activa la proteína flourenscente unida a él. Si cambia el voltaje de la neurona, la neurona brilla (vídeo).

Esto significa que usted puede tomar estos GEVIs e insertarlos en una serie de neuronas, y luego ver cómo se activan las neuronas. Como prueba de concepto, Cao y su grupo, el laboratorio Nitabach en Yale, ponen estos GEVIs en las neuronas circadianas de una mosca de la fruta.


En este vídeo se observa la activación de células cerebrales mutantes de la mosca. Las células fueron modificadas genéticamente para ser más activas.

Más arriba (en el vídeo del enlace) usted puede ver los cambios en la fluorescencia por la mañana (rojo) y por la noche (negro), ya que la mosca se despierta y se va a dormir. También pusieron las GEVIs en el sistema olfatorio, y expusieron las moscas a diversos aromas químicos. Y pudieron observar cómo las neuronas respondían específicamente a ciertos olores sobre otros.

Ahora, este no es el primer sensor fluorescente. Se ha realizado una gran cantidad de trabajo con sensores de calcio, que pueden medir la actividad de las células midiendo la cantidad de calcio. Los sensores de calcio pueden medir decenas de miles de células en un momento, son por ello una herramienta muy valiosa. Pero el calcio es un indicador indirecto de la actividad de las células, y las señales de calcio no suceden en todos los cambios del potencial neuronal (por ejemplo, no está presente el calcio en las señales inhibitorias). Arclight tiene la ventaja de medir el potencial de la membrana directamente.

Por supuesto, otras técnicas, como la electrofisiología, miden el potencial de la membrana directamente así, pero no pueden hacerlo a través de la célula entera. Si ves este video de Arclight en acción, verás el cambio de potencial de membrana de toda la célula. Por supuesto, Arclight en realidad no puede determinar el potencial de la membrana, pero tiene la ventaja de no ser invasivo (puedes ponerlo en un gen, pero no hay que perforar la membrana de la célula con un electrodo).

El laboratorio espera ir perfeccionando Arclight, haciéndolo más sensible (justo ahora la señal al ruido puede ser dificultosa). También se puede combinar con otras técnicas, como la optogenética. "Como la optogenética se refiere al uso de la luz para manipular el potencial de la membrana neuronal, ArcLight es una herramienta para utilizar la luz para *medir* ese potencial de membrana neuronal", explica Mike Nitabach. "Así que son dos caras de la misma moneda, y se abre la posibilidad de aunarlos en un experimento que permita el control óptico total de los circuitos neuronales."

¿Cual es la mejor parte? La técnica de Arclight ya está disponible para otros científicos. El cDNA se encuentra disponible en Addgene y también las moscas están disponibles. El laboratorio Nitabach se complace en compartir el conocimiento de la técnica y en ayudar a los científicos que quieren esta técnica y obtener los reactivos. Actualmente, funciona mejor en la mosca de la fruta, que ya tienen cerebros relativamente transparentes, pero en el laboratorio ya se está trabajando con neuronas de ratón. Y las implicaciones de la técnica son enormes. Desde las redes de la mosca hay un paso hacia el ratón y desde el ratón, ¿quién sabe dónde podríamos llegar?


- Imagen: Usando ArcLight, Los científicos pudieron observar la electricidad células nerviosas del cerebro de una mosca en vivo. Cortesía de Nitabach Lab, Yale School of Medicine, New Haven, CT
- Vídeo presentado:  Mutant Fly Brain Firing . Usando ArcLight, Los científicos pudieron observar la electricidad células nerviosas del cerebro de una mosca en vivo. Cortesía de Nitabach Lab, Yale School of Medicine, New Haven, CT
- Nota al vídeo enlazado, cortesía del laboratorio Nitabach: el mapa de colores de la floración se ha invertido. Por lo general, un voltaje más alto (y una descarga de neuronas) disminuiría la fluorescencia con esta tecnología. Este ha sido pseudocoloreado por un voltaje más alto aumentando la fluorescencia. Resulta más fácil de ver.
- Autor: Scicurious es doctora en fisiología, y actualmente post-doctorada en investigación biomédica.
.

,

«
Next
Entrada más reciente
»
Previous
Entrada antigua
Editor del blog Pedro Donaire

Filosofía

Educación

Deporte

Tecnología

Materiales