Próxima generación: el robot cerebral
El parche de células completas consiste en poner una pipeta de vidrio hueca en contacto con la membrana celular de una neurona ANIMACIÓN SPUTNIK Y EL INSTITUTO MIT MCGOVERN
EL DISPOSITIVO : El pinzamiento de parche de células enteras, una técnica ganadora del Premio Nobel para registrar la actividad eléctrica de las neuronas, nunca se vio tan bien. Un robot del tamaño de una caja de zapatos introduce una fina pipeta de vidrio, con la punta afilada a 1 micrómetro de diámetro, en el cerebro de un ratón anestesiado. El robot mueve la pipeta dentro del cerebro, casi imperceptiblemente, en busca de neuronas. Cuando la punta de vidrio choca contra una neurona, el brazo robótico se detiene instantáneamente y aplica succión a través de la pipeta para formar un sello con la membrana celular. Una vez conectada, la pipeta abre un pequeño orificio en la membrana y registra la actividad eléctrica interna de la célula.
El proceso automatizado realiza el pinzamiento del parche in vivo de forma más rápida y precisa que el pinzamiento del parche manual, que involucra la física manipulación de un…
El robot de sujeción de parches de células enteras CORTESÍA DE CRAIG FOREST, GEORGIA TECH
Al agregar un robot, esto hará que [la sujeción de parches in vivo] sea mucho más accesible para alguien que podría no haberlo considerado antes, dijo Derek Bowie, quien estudia receptores neuronales en la Universidad McGill en Montreal, Canadá, y no participó en la investigación.
QUÉ HAY DE NUEVO: La idea es simple: registrar la actividad eléctrica de una sola neurona en un cerebro vivo. La ejecución no lo es: los investigadores tardan meses en aprender la técnica, e incluso un sujetador de parche experimentado registra solo de 2 a 4 lecturas exitosas por día. De hecho, el proceso es tan laborioso que solo alrededor de 30 laboratorios en el mundo realizan el pinzamiento de parches de células enteras in vivo (aunque otros lo hacen en un plato). Pero los investigadores han seguido utilizando la técnica durante más de 30 años debido a su valor. Esta es una técnica realmente poderosa para identificar el tipo de neurona que está buscando, determinar la electrofisiología de una neurona enferma o descubrir cómo un fármaco afecta la activación de una neurona, dijo el coautor Craig Forest, director del Laboratorio de Biosistemas de Precisión en el Instituto de Tecnología de Georgia. Pero es muy, muy difícil.
El nuevo robot de sujeción de parches realiza una grabación in vivo en solo 3 a 5 minutos, detecta células con un 90 por ciento de precisión y logra un sellado exitoso con la membrana celular alrededor de 40 por ciento del tiempo. En general, la máquina, producida en colaboración con investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts, tiene aproximadamente un 50 % más de éxito que una persona que intenta hacer una grabación manualmente, dijo Forest.
IMPORTANCIA: La robótica ha tenido un gran impacto en muchos campos de la biología, pero rara vez se ha aplicado en la neurociencia, dijo Forest. Estamos emocionados de llevar la robótica al cerebro vivo, dijo. El equipo ya ha comenzado a utilizar el robot en colaboración con el Instituto Allen con sede en Seattle para un proyecto de 10 años para catalogar todos los tipos de neuronas en el cerebro del ratón.
El diseño del robot está disponible gratuitamente en autopatcher.org, o se puede comprar un robot ensamblado a través de una empresa derivada, Neuromatic Devices. El robot se puede configurar y usar en un solo día, dijo Foresta, una diferencia dramática de los 6 meses que generalmente se requieren para capacitar a un estudiante graduado o posdoctorado sobre cómo hacer la técnica a mano. Supongo que los posdoctorados ahora pueden simplemente sentarse en casa o en una playa en algún lugar, dijo Bowie riendo.
El investigador del MIT Ed Boyden (izquierda) y los investigadores de Georgia Tech Suhasa Kodandaramaia (sentados) y Craig Forest CORTESÍA DEL MIT
NECESITA MEJORAR: La técnica podría ser aún más útil si se combina con otra nueva herramienta llamada parche de sombra, dijo Bowie. El parche de sombra, desarrollado en 2008 por Michael Husser y sus colegas del University College London, consiste en rociar el espacio extracelular alrededor de una neurona con un tinte fluorescente para visualizar la forma de la célula.
The MIT/Georgia Tech El equipo ya modificó el robot para realizar una técnica similar: en lugar de inyectar un tinte en el espacio extracelular, el robot inyecta el dado en la neurona para visualizar su forma, dijo Forest. La configuración también se puede ajustar para extraer ADN para secuenciar el genoma de una célula. Ahora, los investigadores están trabajando para aumentar la cantidad de electrodos operados por un solo robot para registrar múltiples neuronas al mismo tiempo, y tratando de optimizar el proceso para que un solo operador pueda controlar varios robots simultáneamente. Estamos abiertos a colaborar con personas que quieran llevar esto en nuevas direcciones, dijo Forest.
SB Kodandaramaiah, et al., Electrofisiología de neuronas con parche de células completas automatizadas in vivo , Nature Methods, doi:10.1038/nmeth.1993, 2012.
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