Un nuevo tipo de sensor bioluminiscente hace que las células cerebrales individuales imiten a las luciérnagas y brillen en la oscuridad.
La sonda, desarrollada por un equipo de científicos de Vanderbilt, es una forma genéticamente modificada de luciferasa, la enzima que utilizan otras especies, incluidas las luciérnagas, para producir luz. Se describe en un artículo publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 27 de octubre
Los científicos crearon la técnica como un método nuevo y mejorado para rastrear las interacciones dentro de grandes redes neuronales en el cerebro.
"Durante mucho tiempo, los neurocientíficos se basaron en técnicas eléctricas para registrar la actividad de las neuronas. Estas son muy buenas para monitorear neuronas individuales pero están limitadas a un pequeño número de neuronas. La nueva ola es usar técnicas ópticas para registrar la actividad de cientosde neuronas al mismo tiempo ", dijo Carl Johnson, profesor de ciencias biológicas de Stevenson, quien dirigió el esfuerzo.
"La mayoría de los esfuerzos en grabación óptica utilizan fluorescencia, pero esto requiere una fuente de luz externa fuerte que puede hacer que el tejido se caliente y pueda interferir con algunos procesos biológicos, particularmente aquellos que son sensibles a la luz", dijo.
En base a su investigación sobre la bioluminiscencia en "un pequeño organismo sucio, la alga verde Chlamydomonas, de la que a nadie le importa mucho" Johnson y sus colegas se dieron cuenta de que si pudieran combinar la luminiscencia con la optogenética, una nueva técnica biológica que utiliza la luz para controlarcélulas, particularmente neuronas, en tejidos vivos: podrían crear una nueva herramienta poderosa para estudiar la actividad cerebral.
"Existe un conflicto inherente entre las técnicas fluorescentes y la optogenética. La luz requerida para producir la fluorescencia interfiere con la luz requerida para controlar las células", dijo Johnson. "¡La luminiscencia, por otro lado, funciona en la oscuridad!"
Johnson y sus colaboradores: profesor asociado Donna Webb, profesor asistente de investigación Shuqun Shi, estudiante posdoctoral Jie Yang y estudiante doctoral Derrick Cumberbatch en ciencias biológicas y el profesor Danny Winder y el estudiante posdoctoral Samuel Centanni en fisiología molecular y biofísica, genéticamentemodificaron un tipo de luciferasa obtenida de una especie luminiscente de camarones para que se encendiera cuando se exponía a iones de calcio. Luego secuestraron un virus que infecta las neuronas y lo unieron a su molécula sensor para que los sensores se inserten en el interior de la célula.
Los investigadores eligieron iones de calcio porque están involucrados en la activación de las neuronas. Aunque los niveles de calcio son altos en el área circundante, normalmente son muy bajos dentro de las neuronas. Sin embargo, el nivel interno de calcio aumenta brevemente cuando una neurona recibe un impulso de unode sus vecinos
Probaron su nuevo sensor de calcio con una de las sondas optogenéticas canalrodopsina que hace que los canales de iones de calcio en la membrana externa de la neurona se abran, inundando la célula con calcio. Utilizando neuronas cultivadas en cultivo descubrieron que la enzima luminiscente reaccionaba visiblementea la entrada de calcio producido cuando la sonda fue estimulada por breves destellos de luz visible.
Para determinar qué tan bien funciona su sensor con un mayor número de neuronas, lo insertaron en rodajas cerebrales del hipocampo del ratón que contienen miles de neuronas. En este caso, inundaron las rodajas con una mayor concentración de iones de potasio, lo que causa que las célulascanales de iones para abrir. Nuevamente, descubrieron que el sensor respondía a las variaciones en las concentraciones de calcio iluminando y atenuando.
"Hemos demostrado que el enfoque funciona", dijo Johnson. "Ahora tenemos que determinar qué tan sensible es. Tenemos algunas indicaciones de que es lo suficientemente sensible como para detectar el disparo de neuronas individuales, pero tenemos que correr máspruebas para determinar si realmente tiene esta capacidad "
El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud subvenciones R21 DA034446, R21 MH107713, R01 GM092914, subvención de la Fundación Nacional de Ciencias DBI-1450897 y una subvención del Vanderbilt Brain Institute.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Original escrito por Liz Entman. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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