Los investigadores visualizan la actividad de las neuronas
Imagen de una célula nerviosa viva cultivada en el laboratorio: la membrana que la rodea brilla intensamente porque la proteína fluorescente está en su exterior. Crédito: Milan Pabst
Un tipo de sensor de voltaje molecular novedoso hace posible observar el funcionamiento de las células nerviosas. El principio del método se conoce desde hace algún tiempo. Sin embargo, los investigadores de la Universidad de Bonn y la Universidad de California en Los Ángeles ahora han logrado mejorarlo significativamente. Permite observar la propagación de señales eléctricas en células nerviosas vivas con alta resolución temporal y espacial. Esto permite investigaciones sobre cuestiones completamente nuevas que antes estaban cerradas a la investigación. El estudio ahora ha sido publicado en la revista PNAS.
Cuando olemos una botella de loción bronceadora, se generan pulsos eléctricos en las células sensoriales de la nariz. A través del bulbo olfatorio en el cerebro, ingresan a la corteza olfativa primaria, que luego los distribuye a varios centros cerebrales. Recuerdos como las vacaciones de verano junto al mar hace mucho tiempo se evocan en el hipocampo y otras regiones.
En las últimas décadas, los investigadores del cerebro han obtenido una idea cada vez más precisa de cómo se procesan los estímulos en el cerebro y cuáles camino que toma la excitación eléctrica en el proceso. Sin embargo, en muchos aspectos estas ideas son todavía muy aproximadas. El método presentado ahora por investigadores de la Universidad de Bonn y la Universidad de California en Los Ángeles puede ayudar a resolver este problema.
Las células nerviosas transmiten señales eléctricas a otras células nerviosas a través de «cables» biológicos conocidos como axones. Cada célula nerviosa está encerrada en una fina membrana que la separa de su entorno. En estado de reposo, hay muchos iones cargados positivamente en el exterior de esta membrana, significativamente más que en el interior. Por tanto, existe una tensión eléctrica entre el interior y el exterior. Los neurocientíficos también hablan de un potencial de membrana.
Cadena ligera para células nerviosas
Cuando una señal pasa por un cierto punto del axón, este potencial cambia allí por un corto tiempo. «Y podemos hacer que este cambio sea visible», explica el Prof. Dr. Istvan Mody del Instituto de Epileptología Experimental e Investigación Cognitiva (IEECR) en el Centro Médico de la Universidad de Bonn. Para hacer esto, los investigadores colocan una cadena de luces alrededor de las células nerviosas, por así decirlo. Lo especial de esto: cada lámpara de esta cadena lleva un atenuador dependiente del voltaje. Esto significa que se oscurece cuando cambia el potencial de membrana en la ubicación de la lámpara.
«Nano lámpara» regulable: el colorante GPI-EGFP emite luz cuando se irradia. Si el apagador oscuro D3 llega al exterior de la membrana, protege la lámpara nano y se oscurece. Crédito: AG Mody / IEECR, Universidad de Bonn
Esto hace que la propagación de la excitación sea visible como una especie de «gota oscura» que recorre el axón. Los investigadores utilizan proteínas fluorescentes como cadena ligera. «Introdujimos el gen para esto en las células», explica Mody. Los investigadores también etiquetaron la composición genética con una especie de etiqueta de envío. «Esta etiqueta asegura que los tintes fluorescentes sean transportados al exterior de la membrana inmediatamente después de que se produzcan. Una especie de ancla asegura que permanezcan en su lugar».
El atenuador no es parte de la lámpara nano, pero otra molécula: un llamado «apagador oscuro». Esto normalmente se encuentra en el interior de la membrana. Sin embargo, debido al cambio de voltaje durante el envío de la señal, cambia hacia el exterior. Allí se encuentra con las proteínas fluorescentes y las protege. Como resultado, la lámpara nano se oscurece. Tan pronto como el potencial se normaliza, el apagador oscuro regresa al interior y la luminosidad aumenta nuevamente.
«Este método no es realmente nada nuevo», dice Mody. «Sin embargo, lo hemos mejorado fundamentalmente en dos aspectos». Hasta ahora, las proteínas fluorescentes se integraban directamente en la membrana, lo que alteraba significativamente la función de las neuronas. Las nuevas lámparas nano, por el contrario, se asientan fuera de la membrana. Tampoco se desvanecen tan rápido, pero conservan su luminosidad durante 40 minutos, cuatro veces más que los tintes fluorescentes convencionales.
Atenuador altamente explosivo
El segundo cambio se refiere al apagador oscuro: El compuesto normalmente utilizado para este propósito es tóxico y también altamente combustible. Incluso se utilizó como explosivo durante la Segunda Guerra Mundial. «Nuestro extintor, por otro lado, es completamente inofensivo», enfatiza Mody. «También reacciona aún más rápido y con mayor sensibilidad a los cambios de potencial más pequeños. Esto permite que nuestro método visualice hasta 100 pulsos eléctricos por segundo».
El método permite observar la función de las células nerviosas sin molestándolos. Esto hace posible, por ejemplo, obtener una visión más precisa de las disfunciones asociadas en ciertas enfermedades neuronales. En última instancia, es una nueva herramienta prometedora para comprender mejor el funcionamiento del cerebro.
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Probando las proteínas fluorescentes que iluminan el cerebro Más información: Un indicador de voltaje codificado genéticamente (dqGEVI) que extingue la oscuridad exhibe alta fidelidad y velocidad. PNAS, doi.org/10.1073/pnas.2020235118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Bonn Cita: Los investigadores visualizan la actividad de las neuronas (2 de febrero de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-visualize-neuron.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.