Diminutos microscopios revelan el papel oculto de las células del sistema nervioso

Diminutos microscopios revelan el papel oculto de las células del sistema nervioso

Las tecnologías de imágenes de Salk ofrecen una nueva ventana a la médula espinal para comprender las sensaciones del tacto y el dolor

LA JOLLA—Un microscopio del tamaño de un centavo les está dando a los científicos una nueva ventana a la actividad diaria de las células dentro de la médula espinal. La tecnología innovadora reveló que los astrocitos, células del sistema nervioso que no conducen señales eléctricas y que tradicionalmente se consideraban simplemente como apoyo, reaccionan inesperadamente a una sensación intensa.

El nuevo microscopio miniaturizado y los métodos de imagen relacionados, descritos por científicos del Instituto Salk el 28 de abril de 2016 en Nature Communications, ofrecen una visión sin precedentes de la función del sistema nervioso y podrían conducir a nuevos tratamientos para el dolor de lesiones de la médula espinal, picazón crónica y enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

La médula espinal es crucial para sentir y responder al mundo. A veces incluso funciona independientemente del cerebro, como cuando tu mano retrocede de una estufa caliente antes de que la sensación se haya registrado por completo. Pero se desconoce exactamente cómo las células dentro de la médula espinal codifican estos y otros sentimientos de la piel o los órganos internos.

En el nuevo estudio, el autor principal Axel Nimmerjahn, profesor asistente en Salk's Centro de Biofotónica Avanzada de Waitt, y su equipo mejoraron los microscopios miniaturizados que describieron por primera vez en 2008. La nueva versión de los investigadores, que presenta numerosas mejoras de hardware y software, les permitió visualizar cambios en la actividad celular en ratones itinerantes despiertos.

“Durante mucho tiempo, los investigadores han soñado con poder registrar patrones de actividad celular en la médula espinal de un animal despierto. Además de eso, ahora podemos hacer esto en un animal que se comporta libremente, lo cual es muy emocionante”, dice el primer autor Kohei Sekiguchi, investigador de Salk y estudiante de doctorado en el Universidad de California, San Diego.

La mayor parte del trabajo anterior del equipo de Salk se centró en desplegar microscopios para observar los cerebros de animales vivos. La médula espinal, por el contrario, presentó un desafío mayor por varias razones. Por ejemplo, a diferencia del cerebro, múltiples vértebras que se mueven independientemente rodean la médula espinal. La médula espinal también está más cerca de los órganos pulsantes (corazón y pulmones), lo que puede dificultar la visualización estable de las células internas. Sin embargo, mediante el desarrollo de nuevos enfoques microscópicos y computacionales y de procedimientos, el equipo pudo superar estos desafíos y capturar la acción de las células vivas en tiempo real y durante movimientos vigorosos.

En el nuevo trabajo, el grupo encontró que distintos estímulos, como un toque ligero o presión, activan diferentes subconjuntos de neuronas sensoriales espinales. También encontraron que ciertas características, como la intensidad o la duración de un estímulo dado, se reflejan en la actividad de las neuronas.

Para sorpresa del equipo, los astrocitos, que tradicionalmente se pensaba que eran células de apoyo pasivo, también responden a los estímulos (aunque de manera diferente a las neuronas). Aunque los astrocitos no pueden enviar señales eléctricas como lo hacen las neuronas, generaron sus propias señales químicas de manera coordinada durante estímulos intensos.

Nimmerjahn está entusiasmado con este resultado porque su grupo tiene un interés de larga data en la comprensión de los astrocitos y su papel en la función y la enfermedad del sistema nervioso. Estas células son cada vez más apreciadas como actores importantes en el desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso y podrían servir como nuevos objetivos farmacológicos prometedores, dice.

“Ahora no solo podemos estudiar el procesamiento sensorial normal, sino que también podemos observar contextos de enfermedades como la lesión de la médula espinal y cómo los tratamientos afectan realmente a las células”, dice Nimmerjahn.

El equipo ahora está trabajando para registrar simultáneamente la actividad relacionada con el tacto o el dolor en el cerebro y la médula espinal utilizando iteraciones adicionales de los microscopios miniaturizados, que les permiten monitorear y manipular múltiples tipos de células a resoluciones aún más altas.

Otros investigadores en el artículo incluyen a Pavel Shekhmeyster del Instituto Salk, Katharina Merten, Alexander Arena, Daniela Cook, Elizabeth Hoffman y Alexander Ngo.

El trabajo fue apoyado por subvenciones de la Los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Rita Allen, Fundación Whitehall y Fundación de Investigación del Cerebro; fondos de la Fundación Waitt, Fundaciones Hearst y la Fundación Caritativa de la Familia Richard Allan Barry; y becas de investigación de la Fundación Nakajima, Fundación Mary K. Chapman, Fundación Jesse y Caryl Philips, la Fundación Rose Hills, Fundación Alemana de Investigación (DFG) y la Fundación Catharina.