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Ratón con un corazón resplandeciente
Investigadores de la Universidad de Cornell, la Universidad de Pittsburgh y el Instituto de Ciencias del Cerebro RIKEN de Japón han creado ratones transgénicos cuyos corazones producen una proteína fluorescente que se activa con iones de calcio. Las concentraciones de calcio en las células cardíacas se disparan y luego se desploman durante la señalización eléctrica y la contracción muscular en animales, incluidos humanos y ratones. Usando un microscopio de fluorescencia, los científicos pudieron filmar estas ondas de actividad moviéndose a través de las cuatro cámaras del corazón de los ratones con cada latido. De la Universidad de Cornell Michael Kotlikoff , quien dirigió la investigación, llama a la proteína fluorescente un espía molecular.
[Para ver imágenes de corazones fluorescentes, haga clic aquí].
Los biólogos han soñado durante mucho tiempo con poder ver las actividades de las células en animales vivos y funcionales. Ahora, las técnicas que lo harán posible están dando sus frutos. Estos nuevos ratones modificados genéticamente están proporcionando una ventana a lo que sucede durante los latidos del corazón y también iluminando las señales eléctricas que coordinan los latidos. Los ratones han proporcionado información sobre el desarrollo del corazón de los mamíferos y también se están utilizando para evaluar los trasplantes de células madre del corazón. Y, finalmente, los investigadores también están criando ratones con células nerviosas brillantes para estudiar la señalización en el cerebro.
El objetivo de todos nosotros es ver los cambios en la concentración de iones u otros aspectos de la función celular en los animales vivos, dice Withrow Gil Wier , profesor de fisiología en la Facultad de Medicina de la Universidad de Maryland, quien en 1980 mostró por primera vez la fugacidad del calcio en los músculos del corazón.
Aprendemos mucho extrayendo células, cortándolas y observando moléculas individuales. Pero no nos dice lo que necesitamos saber sobre las complejas interacciones entre las células, dice Kotlikoff, quien es presidente del departamento de ciencias biomédicas de la Facultad de Medicina Veterinaria de Cornell.
El científico de RIKEN, Junichi Nakai, creó la proteína fluorescente (llamada GCaMP2) modificando una existente que no era lo suficientemente brillante o estable para usarla en experimentos cardíacos in vivo. Los científicos de Cornell modificaron genéticamente ratones que producen esta proteína día tras día y en una concentración constante, en sus corazones y en ninguna otra parte del cuerpo.
Kotlikoff dice que la ventaja de la nueva proteína fluorescente sobre sus predecesoras es la velocidad a la que puede encenderse y apagarse, como una bombilla, su estabilidad a la temperatura corporal y su brillo. El corazón del ratón late hasta 600 veces por minuto. Hay tanta luz de fondo, reflexión y movimiento que necesitas algo muy brillante para poder detectar estas señales celulares, dice.
Para ver el funcionamiento de las células, dice Kotlikoff, anestesiamos el ratón, lo ventilamos, abrimos el pecho e iluminamos directamente el corazón. Un grupo dirigido por Guy Salama en la Facultad de Medicina de la Universidad de Pittsburgh fue responsable de producir películas sobre los corazones que laten. Salama utiliza una cámara de alta velocidad para crear imágenes claras y de alta resolución. Grabó un fotograma cada milisegundo, capturando varias imágenes de cada latido.
Debido a que los investigadores filmaron los corazones de los ratones en todas las etapas de desarrollo, desde los embriones de un día hasta la edad adulta, las películas muestran lo que sucede cada vez que el corazón del ratón late durante toda su vida, dice Kotlikoff.
En todos los mamíferos, el corazón es el primer órgano que comienza a funcionar, impulsado por la necesidad de oxígeno del embrión. Sin embargo, tiene que empezar a bombear antes de que se desarrollen las estructuras que mantienen el ritmo constante de los latidos del corazón. Kotlikoff descubrió una vía de señalización que ayuda al corazón embrionario a mantener su ritmo durante solo unos días, hasta que se desarrolla la estructura adulta. Él dice que también ha visto arritmias: interrupciones en las señales eléctricas constantes del corazón que conducen a latidos cardíacos rápidos, lentos o erráticos y que pueden causar la muerte súbita.
Kotlikoff dice que está criando ratones que producen la nueva proteína fluorescente solo en tejidos cardíacos especializados y en partes del cuerpo donde el calcio es importante, como el cerebro, donde el calcio juega un papel importante en la señalización. Podemos ponerlo donde queramos y escuchar las señales específicas que pasan entre una célula y otra, explica.
Kotlikoff también está utilizando las brillantes células del corazón para estudiar los trasplantes de células madre. Podemos diferenciar estas células [brillantes] y ponerlas en corazones que han sido dañados. Las células señalan cuando están activadas, por lo que podemos saber cómo se comportan en su nuevo entorno.
Igor Efimov , profesor asociado de ingeniería biomédica en la Universidad de Washington en St. Louis, que estudia las interrupciones en la señalización eléctrica que causan arritmias, dice que este trabajo es un gran avance: creo que abrirá una nueva oportunidad para la obtención de imágenes, de modo que finalmente podamos expresar sensores intrínsecos en diferentes compartimentos del corazón o el cerebro y estudian cómo se conducen los impulsos en condiciones normales, lo cual es muy importante, dice.
Si bien Wier advierte que esta investigación aún se encuentra en sus primeras etapas, dice que es prometedora en comparación con lo que teníamos en el pasado. Este [trabajo] nos acerca a poder ver cambios fisiológicos, de la forma menos invasiva.