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El cerebro tecnicolor
Investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un nuevo método para iluminar el cerebro con un arco iris de colores. La tecnología permitirá a los científicos generar mapas de una de las últimas fronteras del cerebro: la compleja maraña de circuitos neuronales que recopilan, procesan y archivan información. Estos mapas podrían, en última instancia, arrojar luz sobre el desarrollo temprano del cerebro humano y sobre enfermedades como el autismo y la esquizofrenia, que se han relacionado con problemas de conectividad.
Cerebros arcoiris: Los ratones con arco cerebral genéticamente modificados expresan combinaciones aleatorias de proteínas fluorescentes cian, amarillo y rojo en las células nerviosas. Como resultado, las neuronas y sus proyecciones (colas largas que se conectan a otras células) están marcadas con una multitud de matices distintos. En esta imagen de una porción del hipocampo, una estructura cerebral involucrada en la memoria, las neuronas (distinguibles por sus distintos cuerpos celulares redondos) y los astrocitos (distinguibles por su forma de estrella difusa), una célula de soporte en el cerebro, están etiquetados con múltiples colores.
Esta será una herramienta increíblemente poderosa, dice Elly Nedivi , neurocientífico del MIT que no participa en la investigación. Abrirá enormes oportunidades en términos de mirar la conectividad neuronal.
Durante años, los científicos han utilizado proteínas fluorescentes derivadas de medusas para marcar células específicas en animales modificados genéticamente. Pero el número limitado de colores disponibles no fue suficiente para crear una imagen detallada de los millones de neuronas en el cerebro. Jean Livet, Jeff Lichtman , y sus colaboradores en Harvard diseñaron ratones genéticamente para llevar numerosas copias de genes que codifican proteínas fluorescentes de tres colores diferentes (amarillo, rojo y cian), así como una enzima que puede bloquear aleatoriamente cualquier subconjunto de estos genes para que no produzcan su fluorescencia. etiqueta.
Cuando se alimenta a los ratones con un compuesto que activa la enzima, cada célula se somete a un proceso molecular aleatorio en el que se eliminan subconjuntos de genes codificadores de colores. Los genes restantes producen los compuestos fluorescentes de tres colores en diferentes cantidades, que se combinan para formar un nuevo tono único. Obtenemos una amplia gama de colores, alrededor de 100, dice Lichtman. Los investigadores llaman a los animales ratones con arco de cerebro debido a las coloridas imágenes que capturan de sus cerebros. Un nuevo artículo que describe el proceso se publicó hoy en la revista. Naturaleza .
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Vea las imágenes producidas por ratones 'brainbow' genéticamente modificados.
La capacidad de pintar células cerebrales individuales con una paleta tan amplia permitirá a los neurocientíficos explorar los circuitos neuronales como nunca antes. La mayor parte del trabajo anterior se ha centrado en la anatomía a mayor escala o en la función de células individuales, perdiéndose el cableado detallado entre estas dos escalas. Existe toda una clase de trastornos del sistema nervioso que la gente sospecha que se deben a defectos en las conexiones entre las células nerviosas, pero no tenemos herramientas reales para rastrear las conexiones, dice Lichtman. Sería muy útil observar el cableado en modelos animales de trastorno del espectro autista o enfermedad psiquiátrica.
Cuando las células vecinas están etiquetadas con el mismo color, como en los métodos anteriores, es difícil discernir la ruta de cada célula en el cerebro. Pero en este caso, las células vecinas suelen ser de diferentes colores, lo que permite a los científicos seguir sus proyecciones enredadas a medida que se ramifican y hacen sinapsis por todo el cerebro. En un experimento de prueba de principio, los investigadores rastrearon todas las conexiones en una pequeña porción de tejido cerebeloso, la parte del cerebro que controla el equilibrio y el movimiento. Permitirá a los científicos descubrir no solo qué hacen las neuronas, sino qué hacen en el contexto del circuito intacto, dice Nedivi. Estoy seguro de que el día que salga el periódico, todos y su madre los llamarán y preguntarán por estos ratones.
Lichtman y sus colaboradores planean utilizar la técnica para estudiar cómo se desarrolla el cerebro. Durante el desarrollo, el cableado cambia de manera espectacular, dice Lichtman. Los mamíferos jóvenes en realidad tienen demasiadas conexiones y deben eliminar el exceso, pero no está claro cómo sucede eso. La elección de qué conexiones se mantienen y se pierden probablemente tenga mucho que ver con cómo los humanos son moldeados por su experiencia, dice. Comprender las reglas de ese recorte requiere ver [qué conexiones] podrían quedarse y cuáles podrían irse.