Cuando estás dando una vuelta a la manzana, tu cuerpo está principalmente en piloto automático; no tienes que pensar conscientemente en alternar con qué pierna pisas o qué músculos se necesitan para levantar un pie y volver a bajarloEso es gracias a un conjunto de células en su médula espinal que ayudan a traducir mensajes entre su cerebro y sus neuronas motoras, que controlan los músculos.
Ahora, por primera vez, los investigadores han creado un método para observar, en tiempo real, la actividad de esas neuronas motoras. La nueva tecnología, desarrollada por científicos de Salk y publicada en neurona , está ayudando a los investigadores a comprender cómo las células de la médula espinal hacen conexiones con las neuronas motoras, y cómo los médicos podrían reparar esas conexiones en pacientes con lesiones de la médula espinal o enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica ELA.
"Usar métodos ópticos para poder observar la actividad de las neuronas ha sido un sueño en la última década", dice Samuel Pfaff, profesor en el Laboratorio de Expresión Genética de Salk. "Ahora, es uno de esos raros momentos en que la tecnología realmente está llegandojuntos para mostrarte cosas que no habías podido ver antes "
En el pasado, para medir la actividad de las neuronas, ya sea en el cerebro o extendiéndose por todo el cuerpo, los científicos confiaron en electrodos que podían detectar el cambio en el voltaje eléctrico dentro de una célula cuando se activa. Pero es difícil de usarelectrodos para registrar simultáneamente la actividad de muchos tipos diferentes de neuronas a la vez para estudiar cómo se sincroniza su actividad.
Para evitar esta deficiencia de las lecturas de los electrodos, el equipo de Pfaff utilizó una proteína del sensor fluorescente llamada GCaMP6f que se ilumina cada vez que se activa una neurona. A diferencia de los electrodos, la proteína podría agregarse fácilmente a muchas células diferentes a la vez. Cuando Pfaff y susus colegas agregaron GCaMP6f a las neuronas motoras, podían observar con un microscopio qué células se activaron en la médula espinal de un ratón cuando se agregaron sustancias químicas que activan los circuitos para caminar.
"No necesita hacer ningún tipo de procesamiento posterior a la imagen para interpretar esto", dice Pfaff. "Estas son solo señales en bruto que puede ver a través del ocular de un microscopio. Es realmente un tipo de visualización asombrosapara un neurocientífico "
El grupo de Pfaff usó el nuevo método para responder una pregunta de larga data sobre cómo una colección de células en la médula espinal, llamada generador de patrón central locomotor GPC, se conecta a las neuronas motoras derechas para permitir movimientos como caminar., Dice Pfaff, es donde las señales relativamente simples del cerebro caminar hacia adelante o mover la mano de una estufa caliente se traducen en instrucciones más complejas para que las neuronas motoras controlen los músculos.
"Nuestro sistema nervioso tiene que tomar decisiones y cálculos para decirle a los diferentes músculos que se contraigan, o cuándo no se contraigan, o la cantidad de fuerza y velocidad que se debe usar al contraerse", explica Pfaff. Es la GPC la que ayuda a hacer muchos de estosLos científicos creen que los cálculos indican que el movimiento normal requiere que las neuronas CPG en la médula espinal se conecten y controlen cuándo se activan las neuronas motoras. Pero, hasta ahora, los investigadores no sabían exactamente cómo las células CPG forjaron estas conexiones.
Ajustando las ubicaciones e identidades de las neuronas motoras, y luego observando los patrones de activación resultantes utilizando su nueva técnica fluorescente, Chris Hinckley en el laboratorio de Pfaff descubrió que la GPC no dependía únicamente de las ubicaciones de las células para conectarse a ellasEn cambio, la identidad genética de cada subtipo de células, lo que hace que las que controlan el músculo cuádriceps sean diferentes de las que controlan el músculo de la pantorrilla, por ejemplo, también es importante.
Ese es un hallazgo clave, dice Pfaff, para la investigación sobre cómo tratar las lesiones de la médula espinal y la ELA. Actualmente, muchos científicos están intentando convertir las células madre en neuronas motoras, que luego implantan en la médula espinal para regenerar las conexiones dañadas.Sin embargo, los nuevos resultados sugieren que las neuronas motoras generales podrían no funcionar: el mejor tratamiento puede requerir los subtipos correctos de neuronas motoras. Sin embargo, se necesita más trabajo para comprender las implicaciones de esto y exactamente cómo podría traducirse en enfermedadtratamiento.
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Materiales proporcionado por Instituto Salk de Estudios Biológicos . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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