Pescando neuronas


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Como entusiasta del mundo de la popular mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, me fascina leer piezas en las que se explican los motivos por los que este pequeño cerebro es una excelente herramienta de investigación. Resulta que las moscas resuelven muchos problemas de los neurocientíficos porque sus cerebros son más simples pero conservan muchas funciones idénticas a las de los mamíferos, como los canales de sodio y potasio, los principales neurotrasmisores y la formación de sinapsis1. Las moscas también ofrecen un genoma que ha sido secuenciado y estudiado en detalle, por lo que es posible realizar modificaciones específicas para observar el efecto de un gen en las células deseadas, algo aún imposible en mamíferos2.
Estudios en Drosophila nos han llevado a entender mecanismos básicos detrás del desarrollo del sistema nervioso central, de procesos de endocitosis, exocitosis y remodelamiento en las sinapsis y detrás de comportamientos como los ciclos diurnos y nocturnos, el sueño, la agresión y el aprendizaje y memoria1. Enfermedades humanas como Parkinson, Huntington, Alzheimer, esclerosis lateral amiotrófica, epilepsia, depression, adicciones y esquizofrenia, también han encontrado ejemplos en la mosca que han permitido entender algunos de los mecanismos de la enfermedad, acelerando la creación de terapias más específicas y eficientes 1,3.
La mosca, sin embargo, es sólo un esbozo de la complejidad del cerebro mamífero. Para entender qué hace que tengamos funciones más complejas y más utilidades que el pequeño insecto necesitamos desarrollar nuevas técnicas.
Una posible propuesta proviene de la Universidad de Harvard a modo de una red flexible de un polímero conductivo con electrodos y transistores que se acomoda entre las neuronas de un cerebro in vivo y permite registrar la actividad de varias células4. Si la técnica resulta exitosa, podría abrir la puerta a un campo nuevo en donde cerebros implantados con la red se sigan por largo tiempo para observan cómo interactúan las células entre sí y traducen experiencias a emociones, pensamientos, memorias y decisiones. A largo plazo, técnicas similares podrían ser utilizadas para reponer áreas del cerebro dañadas por enfermedad, como eventos vasculares o Parkinson.
El proyecto de Harvard no es el primero en su categoría. Una serie de dispositivos para observar múltiples neuronas han sido creados por varios grupos, pero la mayoría son grandes y molestos y dificultan el seguimiento por periodos prolongados o registran otras actividades, como la respiración o el ritmo cardiaco, que actúan como ruido en los registros. La red soluciona estos problemas al estar directamente dentro del cerebro y en contacto con las neuronas de interés. De hecho, el 95% de la red es espacio libre en donde las células cerebrales pueden acomodarse, rodeando el aparato e incluyéndolo como parte del tejido vivo.
El paso más complicado en el desarrollo de este proyecto fue idear cómo introducir la red al cerebro de animales experimentales (ratones). En 2012, la red fue colocada en una placa de Petri junto con células vivas. Las células crecieron en los espacios de la red y rodearon muchos de los nodos, demostrando que el tejido conductivo era acceptable para el tejido vivo5. Para colocarla en un cerebro de ratón, el equipo dobló la red al mínimo grosor posible y la injectó por la parte superior del cráneo utilizando una aguja de 100 micrómetros (imagen abajo). Una vez adentro, la red se desdobló y rodeó al cerebro. Una serie de nanocables que proyectan al exterior por el sitio de inyección fueron ser conectados a una computadora para estimular el área o registrar la actividad detectada por la red.
Por el momento, el equipo ha logrado inyectar redes con 16 nodos en dos regions diferentes del cerebro de ratones experimentales. Las redes se han integrado al tejido vivo sin reacciones de rechazo importantes y han permitido estimular áreas específicas y registrar las respuestas neuronales. El proceso aún require que los animals permanezcan anestesiados y con la cabeza inmóvil, sin embargo es una interesante propuesta a futuro.
Actualmente, el equipo trabaja en el desarrollo de técnicas que permitan introducir redes con cientos de nodos y hacer registros de animals despiertos. La tecnología wireless podría ayudar a este último paso, dando muestras de la importancia de mantener contacto con otras áreas de desarrollo tecnológico. Si las cosas funcionan, podría ser posible inyectar redes en ratones recién nacidos y seguir su desarrollo neurológico para entender mejor los cambios que el medio y las experiencias provocan en un cerebro nuevo.
Los pasos para que esta tecnología llegue a humanos aún son bastantes. Sin embargo, la ciencia avanza en pequeñas escalas que un día se acumulan y provocan resultados revolucionarios. La red aún debe ser probada en nuevos experimentos, pero por lo pronto parece una promesa interesante que ha ganado apoyo económico suficiente como para seguirse desarrollando.
En cuanto a los que trabajamos con moscas, no hay de qué preocuparse, seguramente aún tendremos de qué hablar en los próximos años y encontraremos muchos modelos y técnicas que desarrollar para resolver problemas que faciliten la vida de todos.
Referencias:

  1. Venken et al. 2011. Genetic Manipulation of Genes and Cells in the Nervous System of the Fruit Fly. Neuron 72; 202-230.
  2. Greenspan, RJ. 2005. No Critter lefts behind: An Invertebrate Renaissance. Current Biology 15; 671-672.
  3. Greenspan et al. 2004. ‘Am I not a fly like thee?’ From genes in fruit flies to behavior in humans. Human Molecular Genetics 13(2); 267-273.
  4. Lui et al. 2015. Syringe-injectable electronics. Nature Nanotechnology. Advance online publication, 8 June.
  5. Tian et al. 2012. Macroporous nanowire nanoelectroic scaffolds for synthetic tissues. Nature Materials 11; 986-994.

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