De acuerdo con Yazmín Ramiro Cortés, hacer visibles a las neuronas tiene diferentes propósitos como el de registrar su formación a través del tiempo, y así entender las bases neuronales en el aprendizaje
“Como animales visuales, somos sincronizados por la luz, vemos y formamos imágenes del mundo, a partir de sus colores y su espectro electromagnético”, aseguró el neurocientífico Francisco Fernández de Miguel, quien participó en la conferencia Y se hizo la luz: comunicación desde receptores hasta circuitos neuronales, transmitida en vivo el 23 de octubre por las plataformas digitales de El Colegio Nacional.
El investigador del Instituto de Fisiología Celular (IFC-UNAM) se refirió a las propiedades de la luz que permiten ver la actividad del sistema nervioso, desde las moléculas hasta los circuitos y viceversa. Explicó que la luz visible se expande en un intervalo enorme de ondas con distintas longitudes. “El aspecto visible de la luz va de 400 a 760 nanómetros, un nanómetro es una milésima de micra, en longitudes más amplias se puede ver en el infrarrojo, en más cortas en el ultravioleta. Cuanto más baja es la longitud de onda, mayor es la cantidad de energía, conforme lo longitud de onda se hace más larga, la cantidad de energía del fotón es menor, lo que es importante para la manera en la que usamos la luz”.
De acuerdo con el experto, el nivel de conocimiento que han alcanzado los físicos desde antes del siglo XIX sobre las propiedades de la luz es impresionante, “más allá de si es una partícula o una onda, podemos hacer uso de ella con enorme eficiencia y éxito. Incluso, los científicos han sido capaces de hacer trucos que violan la resolución de la óptica convencional y permiten ver moléculas a nivel atómico”.
Fernández de Miguel explicó el fenómeno de la fluorescencia, que se refiere al proceso en el que las moléculas son excitadas con una luz de alta energía, como la radiación electromagnética. Con este proceso, uno de los electrones de la molécula cambia de configuración y libera una partícula de menor energía. “Los biólogos usamos esto todo el tiempo como medida para identificar ciertas proteínas”.
Recordó que fue el Premio Nobel Roger y Tsien quien sintetizó compuestos para captar el calcio de una célula y produjo fluorescencia para medir su actividad eléctrica. “Hoy en día se sabe que muchas células liberan transmisores por todo el cuerpo y esto ocurre cuando la actividad eléctrica aumenta, a esta liberación se le llama extrasináptica y tiene un mecanismo distinto en la liberación de transmisores en las uniones nerviosas”.
Para que se active una célula, el impulso nervioso viaja por las fibras a una velocidad de 300 kilómetros por hora hasta llegar a la terminal y producir la liberación del transmisor en un tiempo de medio milisegundo. Sin embargo, si se aumenta la cantidad de impulsos, las células pueden liberar por todas partes y esa liberación es muy lenta. Con ayuda de la fluorescencia, de la luz de alta energía y baja longitud de onda se pueden estimular a las moléculas para que liberen transmisores. Con este fenómeno “se puede medir la serotonina, se puede ver liberarse y cómo se mueve a sitios distantes que se relacionan con el curso temporal del cambio conductual”.
En la sesión, que formó parte del ciclo Las neurociencias en México y el mundo, coordinado por el colegiado Pablo Rudomin y Ranier Gutiérrez, del Cinvestav, también participaron los especialistas Yazmín Ramiro Cortés y Francisco J. Barrantes.
La investigadora del IFC-UNAM, Yazmín Ramiro Cortés habló de la visualización de la actividad de neuronas en ratones en movimiento, con ayuda de la fluorescencia. Sostuvo que la luz revolucionó el estudio de las neurociencias desde 1970. “Hacer visibles a las neuronas tiene diferentes propósitos, identificar o marcar poblaciones de células específicas, estimular o hacer registros de células, identificar alteraciones morfológicas o funcionales, manipular la actividad a través de luz o registrar la formación de neuronas a través del tiempo”, lo anterior con la finalidad de entender las bases neuronales en el aprendizaje, la memoria y las respuestas sensoriales, y conocer cómo se percibe el mundo y cómo el sistema nervioso procesa esta información.
Puntualizó que el descubrimiento de la proteína verde fluorescente permitió hacer visible a las neuronas, encontrada por los científicos Osamu Shimomura, Martin Chalfie y Roger Y. Tsien, esta proteína viene de la medusa Aequorea victoria, y ha permitido generar una gran diversidad de proteínas de colores. “Así se hizo visible algo que nunca antes se había podido ver. Se logró construir el microscopio de excitación de dos fotones para imagenología in vivo, este microscopio usa un láser infrarrojo pulsado para ir a capas muy profundas. Se creó con la finalidad de hacer imágenes en animales vivos, completos”.
Agregó que, con los avances tecnológicos actuales ahora se pueden visualizar no sólo imágenes, sino seguir procesos a lo largo del tiempo. A través del estudio de la neurona piramidal del hipocampo de un ratón, “se identificó que las drenditas, prolongaciones ramificadas de las neuronas, son estructuras muy dinámicas y se modifican en respuesta a la actividad que reciben, cambian tanto en volumen como en forma dependiendo de la actividad”. Para estudiarlas y seguir en el tiempo a las neuronas, se generaron censores de calcio, proteínas verdes fluorescente modificadas genéticamente. “A la fecha es una de las mejores formas de medir la actividad neuronal indirectamente”.
Por su parte, Francisco J. Barrantes, investigador de la Universidad Católica de Buenos Aires, comentó que el científico se preocupó por ver más allá del ojo humano mediante la óptica desde el siglo XVI. Expuso las técnicas de ultra resolución para visualizar los receptores que permiten la comunicación rápida entre el nervio y el músculo. Una de ellas fue la técnica de escaneo de imagen directa con microscopio convencional que rodea al objeto y detecta los puntos fluorescentes de las neuronas. Que es diferente de las técnicas estocásticas donde no se ven directamente la imagen, sino que se reconstruyen en la computadora.
Explicó que, en la práctica, se utiliza lo que se conoce como la técnica de STED para excitar una molécula. Esta técnica permite detectar por separado a moléculas distantes a 200 nanómetros, gracias a que las proteínas fluorescentes vecinas se encienden y apangan. Funciona de la siguiente manera, un haz láser excita a todas moléculas de la región e inmediatamente después lo hace el haz STED, sólo las moléculas al centro de STED pueden emitir fluorescencia, así se identifican dónde se encuentran.
Sostuvo que el cerebro humano tiene alrededor de 85 billones de neuronas, mucho más que las estrellas de una pequeña galaxia, “si cada neurona recibe en promedio cinco mil sinapsis, tenemos en promedio 60 trillones de sinapsis en el cerebro, a esta ecuación compleja se suma el número de sinapsis. Esto se parece al universo que Jorge Luis Borges concibió en la Biblioteca infinita de Babel”. Esa es la complejidad de intentar reconstruir circuitos enteros del sistema nervioso, que ahora es posible gracias las tecnologías desarrolladas a partir de luz, aseguró el especialista.
Fuente: El Colegio Nacional