Científicos de la Universidad de Harvard han utilizado trucos genéticos y de luz para rastrear la capacidad de las neuronas para excitarse o inhibirse unas a otras, arrojando literalmente nueva luz sobre la cuestión de cómo las neuronas interactúan entre sí en animales vivos.
El trabajo se describe en el número actual de la revista Nature Methods. Se basa en la comprensión de los científicos del circuito neuronal del gusano nematodo Caenorhabditis elegans, que se utiliza con frecuencia como modelo en la investigación biológica. Si bien la estructura física detallada de las escasas 302 neuronas de C. elegans está bien documentada, la nueva investigación ayuda a medir cómo las neuronas de este organismo afectan la actividad de las demás y, en última instancia, podría ayudar a los investigadores a trazar en detalle cómo fluyen los impulsos neuronales en todo el organismo.
"Este enfoque nos brinda una nueva y poderosa herramienta para analizar pequeños circuitos neuronales y medir directamente cómo las neuronas se comunican entre sí", dice Sharad Ramanathan, profesor asistente de biología molecular y celular y de física aplicada en Harvard. "Aunque solo hemos mapeado la interacción de cuatro neuronas, es la primera vez que los científicos han determinado la capacidad de múltiples neuronas en un circuito para excitar o inhibir a sus vecinas".
Zengcai Guo y Ramanathan combinaron sensores de calcio codificados genéticamente y canales iónicos activados por luz con óptica. Los científicos usaron una matriz de espejos para excitar neuronas individuales, cada una de solo dos o tres millonésimas de metro de ancho, mientras miden simultáneamente la actividad de calcio en muchas otras neuronas. Esta actividad de calcio sirve para indicar si estas otras neuronas fueron activadas o inhibidas por la neurona que fue cebada con un estallido de luz.
"Usando esta técnica, por primera vez, pudimos excitar tanto una neurona sensorial como una interneurona y monitorear cómo se propaga la actividad", dice Guo, asistente de investigación en el Centro de Biología de Sistemas de Harvard, Departamento de Biología Molecular, y Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Esperamos que nuestra técnica eventualmente pueda usarse de manera más amplia para medir cómo se propaga la actividad a través de los circuitos neuronales".
Al manipular las neuronas con luz, Guo y Ramanathan pudieron evocar una respuesta de evitación, lo que provocó que el gusano se alejara de la luz, que normalmente solo se activa cuando se toca el organismo.
Con un sistema nervioso compacto que consta de solo 302 neuronas unidas por unas 7000 sinapsis, el nematodo C. elegans es un sistema ideal para estudiar la interacción entre los circuitos neuronales y el comportamiento. Si bien la conectividad física de las neuronas de este nematodo es bien conocida, los científicos saben muy poco acerca de cuáles de estas conexiones son excitatorias y cuáles inhibitorias.
Debido al pequeño tamaño de las neuronas y una dura cutícula que rodea al gusano, los registros electrofisiológicos se pueden realizar de una sola neurona a la vez, lo que excluye la posibilidad de cualquier análisis de actividad neuronal a nivel de circuito. Al establecer esta primera electrofisiología basada en luz completamente codificada genéticamente, los autores han desarrollado una forma de superar esta limitación.
El artículo de Nature Methods de Guo y Ramanathan fue coautor de Anne C. Hart del Hospital General de Massachusetts y la Facultad de Medicina de Harvard. Su trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales.
