Científicos han logrado diseñar una proteína capaz de registrar las señales químicas entrantes de las células cerebrales –a diferencia de las señales salientes únicamente–. Estos mensajes sutiles, casi imperceptibles, corresponden a la liberación del neurotransmisor glutamato, un componente crucial en la comunicación neuronal, pero que hasta ahora había sido extremadamente difícil de capturar.
Por qué es importante
- Comprender el código del cerebro: Ahora, los científicos pueden estudiar cómo los neutrones computan –cómo toman miles de señales de entrada y, basándose en ellas, producen una señal de salida que podría ser la base de la toma de decisiones, el pensamiento o la memoria–, descifrando misterios ancestrales sobre el cerebro.
- Nuevas vías para la investigación de enfermedades: La alteración de la señalización del glutamato está relacionada con el Alzheimer, la esquizofrenia, el autismo, la epilepsia y otras enfermedades. Estos sensores podrían ayudar a descubrir las causas fundamentales de estas afecciones.
- Desarrollo de fármacos más inteligente: Las compañías farmacéuticas pueden probar cómo los nuevos tratamientos afectan la actividad sináptica real, acelerando la búsqueda de terapias más eficaces.
La proteína especial, creada por investigadores del Allen Institute y el Janelia Research Campus de HHMI, es un “indicador molecular de glutamato” llamado iGluSnFR4 (pronunciado ‘glue sniffer’). Es lo suficientemente sensible para detectar las señales entrantes más débiles entre las neuronas del cerebro, ofreciendo una nueva forma de descifrar e interpretar su compleja cascada de actividad eléctrica que subyace al aprendizaje, la memoria y la emoción. iGluSnFR4 podría ayudar a decodificar el lenguaje oculto del cerebro y profundizar nuestra comprensión de cómo funciona su intrincada estructura. Este descubrimiento permite a los investigadores observar la comunicación neuronal en tiempo real. Los hallazgos, publicados recientemente en Nature Methods, podrían transformar la investigación en neurociencia en lo que respecta a la medición y el análisis de la actividad neuronal.
El lenguaje oculto del cerebro revelado
Para comprender la importancia de este descubrimiento, es útil entender cómo funciona el cerebro: miles de millones de neuronas “hablan” entre sí enviando pulsos eléctricos a lo largo de sus axones ramificados. Cuando las señales eléctricas alcanzan el final de los axones, no pueden saltar el espacio hasta la siguiente célula cerebral, conocida como sinapsis. En cambio, desencadenan la liberación de mensajeros químicos llamados neurotransmisores (siendo el glutamato el más común y crítico para la memoria, el aprendizaje y la emoción) en la sinapsis, lo que provoca que la siguiente célula cerebral se active en secuencia.
Es como una fila de dominós cayendo, pero infinitamente más compleja: cada neurona recibe entradas de miles de otras neuronas, y patrones y combinaciones específicas de esas neuronas de entrada activándose son las que hacen que la siguiente neurona (receptora) se active. Con este nuevo descubrimiento, los científicos ahora pueden identificar los patrones y combinaciones críticos de actividad neuronal de entrada que provocan que las siguientes neuronas se activen. Hasta ahora, detectar estas señales entrantes en tejido cerebral vivo era casi imposible. Las tecnologías más antiguas eran demasiado lentas o no lo suficientemente sensibles para captar la acción a nivel de sinapsis individual. Ahora, los investigadores pueden escuchar toda la conversación en lugar de fragmentos de ella.
Es como leer un libro con todas las palabras desordenadas y no entender el orden de las palabras o cómo están dispuestas. Siento que lo que estamos haciendo aquí es agregar las conexiones entre esas neuronas y, al hacerlo, ahora entendemos el orden de las palabras en las páginas y lo que significan.
Kaspar Podgorski, Ph.D., autor principal del estudio y científico senior del Allen Institute
Antes de la existencia de estos sensores proteicos, los investigadores solo podían registrar las señales salientes de las células cerebrales, dejando la mitad de la ecuación de comunicación (las entradas de las células) como un misterio. Las señales entrantes siempre habían sido demasiado débiles y rápidas para capturarlas, hasta ahora.
“Los neurocientíficos tienen buenas formas de medir las conexiones estructurales entre las neuronas y, en experimentos separados, podemos medir lo que algunas de las neuronas del cerebro están diciendo, pero no hemos sido buenos combinando estos dos tipos de información. Es difícil medir lo que las neuronas le dicen a otras neuronas”, dijo Podgorski. “Lo que hemos inventado aquí es una forma de medir la información que llega a las neuronas de diferentes fuentes, y eso ha sido una parte crítica que faltaba en la investigación en neurociencia”.
“El éxito de iGluSnFR4 se debe a nuestra estrecha colaboración iniciada en el Janelia Research Campus de HHMI entre el equipo del Proyecto GENIE y el laboratorio de Kaspar. Esa investigación se ha extendido al fenomenal trabajo de caracterización in vivo realizado por el grupo de Dinámica Neural del Allen Institute”, dijo Jeremy Hasseman, Ph.D., científico del Janelia Research Campus de HHMI. “Este fue un gran ejemplo de colaboración entre laboratorios e institutos para permitir nuevos descubrimientos en neurociencia”.
Este descubrimiento elimina una barrera significativa en la neurociencia moderna: la incapacidad de monitorear y comprender claramente cómo las células cerebrales reciben información. Con esta poderosa nueva herramienta disponible para los investigadores a través de Addgene, algunos de los misterios más profundos del cerebro podrían revelarse pronto.
