Las neuronas son células cerebrales que se comunican entre sí mediante el envío de señales electroquímicas a lo largo de los axones. Cuando una neurona está a punto de liberar una señal, en forma de carga eléctrica, permite que los iones pasen a través de su membrana a través de canales iónicos.Esta transferencia de iones crea una diferencia de potencial eléctrico entre el interior y el exterior de la célula, y esa diferencia se denomina potencial de membrana.
Un equipo de investigadores del Laboratorio de Biofotónica fundamental LBP dentro de la Escuela de Ingeniería de EPFL STI ha encontrado una forma de monitorear los cambios en el potencial de membrana y observar los flujos de iones mediante el estudio del comportamiento de las moléculas de agua que rodean elMembranas de las neuronas. Los investigadores, que probaron con éxito su método en neuronas de ratón in vitro, acaban de publicar sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .
No más electrodos o fluoróforos
Una mejor comprensión de la actividad eléctrica de las neuronas podría proporcionar información sobre una serie de procesos que tienen lugar en nuestros cerebros. Por ejemplo, los científicos podrían ver si una neurona está activa o en reposo, o si está respondiendo al tratamiento farmacológico. Hastaahora, la única forma de controlar las neuronas era inyectando fluoróforos o uniendo electrodos en la parte del cerebro que se está estudiando, pero los fluoróforos pueden ser tóxicos y los electrodos pueden dañar las neuronas.
Recientemente, los investigadores de LBP desarrollaron una forma de rastrear la actividad eléctrica en las neuronas simplemente observando las interacciones entre las moléculas de agua y las membranas neurales. "Las neuronas están rodeadas de moléculas de agua, que cambian de orientación en presencia de una carga eléctrica".dice Sylvie Roke, directora de LBP: "Cuando el potencial de membrana cambia, las moléculas de agua se reorientan, y podemos observar eso".
En su estudio, los investigadores alteraron el potencial de membrana neuronal al someter a las neuronas a un rápido influjo de iones de potasio. Esto hizo que los canales iónicos en la superficie de las neuronas, que sirven para regular el potencial de membrana, se abrieran y dejarana través de los iones. Luego, los investigadores desactivaron el flujo de iones y las neuronas liberaron los iones que habían recogido.
Para monitorear esta actividad, los investigadores probaron las membranas lipídicas neuronales hidratadas al iluminar las células con dos haces láser de la misma frecuencia. Estos haces consisten en tecnología de uso de pulsos láser de femtosegundos por la cual se otorgó el premio Nobel de física 2018.- para que las moléculas de agua en la interfaz de la membrana generen fotones con una frecuencia diferente, conocida como luz de segundo armónico.
"Vemos implicaciones tanto fundamentales como aplicadas de nuestra investigación. No solo puede ayudarnos a comprender los mecanismos que utiliza el cerebro para enviar información, sino que también puede atraer a las compañías farmacéuticas interesadas en las pruebas de productos in vitro", agrega Roke."Y ahora hemos demostrado que podemos analizar una sola neurona o cualquier cantidad de neuronas a la vez".
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Materiales proporcionado por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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