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El agua que rodea a las neuronas permite observar la actividad cerebral

Una nueva tecnología sustituirá a los electrodos y los fluoróforos


Una nueva tecnología permite observar la actividad cerebral sin necesidad de electrodos o de moléculas fluorescentes, ambas con efectos secundarios: basta con examinar el comportamiento de las moléculas del agua que rodea a las neuronas.





Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) en Suiza han podido observar la actividad eléctrica de las neuronas simplemente al examinar el comportamiento de las moléculas del agua circundante.

Este método, simple y no invasivo, podría reemplazar a los electrodos y fluoróforos comúnmente usados, ya que puede monitorizar la actividad que se desarrolla dentro de neurona y potencialmente también en una región completa del cerebro.

En nuestro cerebro, las neuronas se comunican mediante el envío de señales electroquímicas a lo largo de los axones. Para lanzar una señal en forma de descarga eléctrica y comunicarse, la neurona permite que los iones crucen su membrana a través de los canales iónicos. Estos intercambios de iones cambian muy rápidamente el potencial eléctrico del interior y el exterior de la célula cerebral. A esta diferencia se la llama potencial de membrana.

El equipo del Laboratorio de Biotecnología Fundamental (LBP) de la Facultad de Ingeniería de Ciencia y Tecnología (STI) de la EPFL ha logrado observar estos cambios potenciales y el flujo de iones, analizando el comportamiento de las moléculas del agua que rodean a las neuronas. El método, que se publica en Nature Communications, se ha probado con éxito en neuronas de ratón in vitro.

Sin electrodos y fluoróforos

La actividad eléctrica de las neuronas es indicativa de muchos fenómenos en nuestro cerebro. Puede indicar si una neurona está activa, si está en reposo o si reacciona bien a un medicamento.

Actualmente, la observación de las neuronas se realiza mediante el uso de fluoróforos (que hacen que una molécula sea fluorescente)  o mediante la colocación de electrodos en el área a observar. Pero los fluoróforos son tóxicos y los electrodos pueden dañar las neuronas.

Los investigadores de LBP han conseguido evitar estas limitaciones y monitorizar la actividad eléctrica del cerebro simplemente observando las interacciones entre las moléculas de agua y la membrana de las neuronas.

"Las neuronas están rodeadas de moléculas de agua. Pero estas últimas cambian de orientación según las cargas eléctricas presentes ", explica Sylvie Roke, directora de LBP, en un comunicado. "Entonces, cuando el potencial de membrana cambia, varias moléculas cambian su orientación, y podemos verlo".

Con iones de potasio

Para su estudio, los investigadores crearon intencionalmente cambios en el potencial de la membrana, al someter a las neuronas a un gran flujo de iones de potasio. El potasio es el principal ion del interior de las células.

Esto provocó que los canales iónicos en la superficie de las neuronas, que sirven para regular el potencial de la membrana, se abrieran y dejaran pasar a los iones. Luego, los investigadores apagaron el flujo de iones y las neuronas liberaron los iones que habían recogido.

Para observar esta actividad, los investigadores señalaron dos rayos láser de la misma frecuencia en las membranas lipídicas de las neuronas sumergidas en agua. Estos rayos superpuestos están formados por pulsos de femtosegundo, generados por la tecnología otorgada por el Premio Nobel de Física en 2018, de modo que las moléculas de agua cercanas a la membrana emiten fotones a una doble frecuencia, llamada "luz del segundo armónico”.

"Creemos que esta investigación tiene implicaciones fundamentales y aplicadas. Puede ayudarnos a comprender los mecanismos involucrados en la difusión de información en el cerebro, pero también podría interesar a las compañías farmacéuticas que desean probar los productos in vitro", añade  Roke. "También demostramos que podríamos probar una sola neurona, o varias simultáneamente".

Referencia

Membrane water for probing neuronal membrane potentials and ionic fluxes at the single cell level. M. E. P. Didier et al. Nature Communicationsvolume 9, Article number: 5287 (2018). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-018-07713-w
 


Miércoles, 12 de Diciembre 2018
Redacción T21
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1.Publicado por Francisco Bambaren el 16/09/2019 20:16
Soy un estudiante de Ing. Biomédica de la UTP(Perú), respecto al articulo nos menciona la evolución de como poder visualizar la actividad neuronal, lo cual resulta poco creíble para algunas personas hoy en día, ya que comúnmente los electrodos son muy usados desde hace ya mucho tiempo. La comunicación entre las neuronas no fue tan compleja de estudiar hasta encontrarse con la masa cerebral, ya que el comportamiento de la comunicación y potencial de acción del conjunto de redes neuronales eran muy rápidos, por ello, estas eran estudiadas con la estimulación de los electrodos y etiquetas de fluorescentes (ambas dañan las neuronas). Gracias a este nuevo método, respecto al agua se puede estudiar el comportamiento neuronal y tiene una suma facilidad ya que no es invasiva. Según un artículo científico “Magnetoencefalografía: mapeo de la dinámica espaciotemporal de la actividad neuronal” del año 2014, nos habla de otro método que no es invasivo, el cual, a través de neuroimagen y campos magnéticos, estudian las corrientes de las neuronas y también ver el punto origen de una actividad eléctrica determinada del cerebro. ¿Con estos métodos se podrían descubrir/se han descubierto nuevos comportamientos en las neuronas?,¿con el método explicado en el artículo, facilitaría a los centros psiquiátricos y hospitalarios a estudiar y comprender aun mejor sus medicamentos y consecuencias a nivel neuronal?

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