El cerebro alberga una red extraordinariamente compleja de células nerviosas interconectadas que intercambian constantemente señales eléctricas y químicas a velocidades difíciles de comprender. Ahora, los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis informan que han sido capaces de lograrlo conun microscopio personalizado: la vista más cercana hasta ahora de las sinapsis nerviosas vivas.
Comprender el funcionamiento detallado de una sinapsis, la unión entre las neuronas que rigen la forma en que estas células se comunican entre sí, es vital para modelar redes cerebrales y comprender cómo enfermedades tan diversas como la depresión, el Alzheimer o la esquizofrenia pueden afectar la función cerebral, segúna los investigadores
El estudio se publica el 23 de marzo en la revista neurona .
Estudiar las neuronas de ratas activas, incluso las que crecen en un plato, es un desafío porque son muy pequeñas. Además, se mueven, lo que dificulta mantenerlas enfocadas a grandes aumentos bajo un microscopio óptico.
"Las sinapsis son pequeñas máquinas a nanoescala que transmiten información", dijo el autor principal Vitaly A. Klyachko, PhD, profesor asociado de biología celular y fisiología en la Facultad de Medicina ". Son muy difíciles de estudiar porque su escala está por debajoqué microscopios de luz convencionales pueden resolver. Entonces, lo que está sucediendo en la zona activa de una sinapsis parece un desenfoque.
"Para remediar esto, nuestro microscopio personalizado tiene una cámara muy sensible y es extremadamente estable a la temperatura corporal, pero la mayor parte de la novedad proviene del análisis de las imágenes", agregó. "Nuestro enfoque nos da la capacidad deresolver eventos en la sinapsis con alta precisión "
Hasta ahora, los microscopios electrónicos han proporcionado vistas de primer plano de la zona activa. Si bien ofrecen resoluciones de apenas decenas de nanómetros, aproximadamente 1,000 veces más delgadas que un cabello humano y más pequeñas, los microscopios electrónicos no pueden ver las células vivasPara resistir el bombardeo de electrones, las muestras deben fijarse en una resina epoxi o congelarse rápidamente, cortarse en rodajas extremadamente delgadas y recubrirse con una capa de átomos de metal.
"La mayor parte de lo que sabemos sobre la zona activa proviene de estudios indirectos, incluidas bellas imágenes de microscopía electrónica", dijo Klyachko, también profesor asociado de ingeniería biomédica en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Pero estas son imágenes estáticas.Queríamos desarrollar una forma de ver la función de sinapsis ".
Una sinapsis consiste en un pequeño espacio entre dos nervios, con un nervio que sirve como transmisor y el otro como receptor. Al enviar señales, el lado transmisor de la sinapsis libera pequeños paquetes de neurotransmisores, que atraviesan el espacio y se unen areceptores en el lado receptor, completando la transmisión de información. En el lado transmisor de la sinapsis, los neurotransmisores en la zona activa se empaquetan en vesículas sinápticas.
"Una de las preguntas más fundamentales es: ¿Hay muchos lugares en la zona activa donde una vesícula puede liberar sus neurotransmisores en la brecha, o solo hay uno?", Dijo Klyachko. "Muchas mediciones indirectas sugieren que podría habersolo uno, o tal vez dos o tres, como máximo "
En otras palabras, si la zona activa pudiera compararse con un cabezal de ducha, la pregunta sería si funciona más como un solo chorro o como una ducha de lluvia.
Klyachko y el primer autor Dario Maschi, PhD, investigador postdoctoral, demostraron que la zona activa es más una lluvia. Pero no es una lluvia aleatoria; hay alrededor de 10 ubicaciones punteadas en la zona activa que se reutilizan con demasiada frecuencia parase debe dejar al azar. También descubrieron que hay un límite en cuanto a la rapidez con la que se pueden reutilizar estos sitios: deben pasar unos 100 milisegundos antes de que un sitio individual pueda volver a usarse. Y a tasas más altas de liberación de vesículas, el uso del sitio tiende a moversedesde el centro hasta la periferia de la zona activa.
"Las neuronas a menudo se disparan de 50 a 100 veces por segundo, por lo que tiene sentido tener múltiples sitios", dijo Klyachko. "Si un sitio acaba de usarse, la zona activa aún puede transmitir señales a través de sus otros sitios".
"Estamos estudiando la maquinaria más básica del cerebro", agregó. "Nuestros datos sugieren que estas máquinas están muy afinadas, incluso las modulaciones sutiles pueden conducir a la enfermedad. Pero antes de que podamos estudiar la enfermedad, necesitamosentender cómo funcionan las sinapsis saludables "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Julia Evangelou Strait. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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