A finales del siglo XIX, el neurocientífico español Santiago Ramón y Cajal dibujó cientos de imágenes de neuronas. Su exquisito trabajo influyó en nuestra comprensión de cómo se ven: células con un centro bulboso, un bosque de ramas parecidas a árboles en un extremo y una cola larga y suave en el otro.
Siglos después, estas imágenes siguen siendo libros de texto. Pero un estudio controvertido Ahora sugiere que Ramón y Cajal, y los neurocientíficos desde entonces, podrían haber pasado por alto un detalle essential.
Un equipo de la Universidad Johns Hopkins encontró pequeñas “burbujas” repartidas a lo largo de la larga cola, llamada axón. Normalmente representados como un cable cilíndrico mayoritariamente liso, los axones pueden, en cambio, parecer “perlas en una cuerda”.
¿Por qué preocuparse? Los axones transmiten señales eléctricas que conectan las redes neuronales que dan origen a nuestros pensamientos, recuerdos y emociones. Pequeños cambios en su forma podrían alterar estas señales y potencialmente la producción del cerebro, es decir, nuestro comportamiento.
“Comprender la estructura de los axones es importante para comprender la señalización de las células cerebrales”, dijo Shigeki Watanabe, de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, quien dirigió el estudio. dicho en un comunicado de prensa.
El trabajo aprovechó un tipo de microscopía que preserva mejor la estructura neuronal. En tres tipos de neuronas de ratón (algunas cultivadas en placas de Petri, otras de ratones adultos y embriones de ratón), el equipo vio constantemente las nanoperlas, lo que sugiere que son parte de la forma regular de un axón.
“Estos hallazgos desafían un siglo de comprensión sobre la estructura del axón”. dicho Watanabe.
Las nanoperlas no eran estáticas. Agregar azúcar al entorno líquido de las neuronas o quitarles el colesterol de las membranas (la capa exterior protectora de grasa) alteró el tamaño y la distribución de las nanoperlas y las señales de velocidad viajaron por los axones.
Las reacciones al estudio estuvieron divididas. Algunos científicos acogieron con satisfacción los hallazgos. Durante los últimos 70 años, los científicos han estudiado exhaustivamente la forma del axón y han reconocido su compleja estructura. Con la mejora de las tecnologías microscópicas, descubrir nuevas estructuras no es sorprendente, pero sí bastante emocionante.
Otros son más escépticos. hablando con CienciaChristophe Leterrier de la Universidad de Aix-Marseille, que no participó en el estudio, dijo: “Creo que es cierto que [the axon is] No es un tubo perfecto, pero tampoco es sólo este tipo de acordeón lo que muestran”.
Cable con posibilidad de bolas de estrés
Axones estirar centímetros en el cerebro con diámetros 100 veces más finos que un cabello humano. Aunque en su mayoría tienen forma tubular, están salpicadas de burbujas ocasionales, llamadas varicosidades sinápticas, que contienen sustancias químicas para la transmisión de información con las neuronas vecinas. Estas largas ramas son principalmente de dos tipos: algunas están envueltas en vainas grasas y otras están “desnudas”, sin amortiguación.
Aunque a menudo se los compara con las ramas de los árboles, los axones cambian de forma. Un breve estallido de señalización eléctrica, por ejemplo, hace que las varicosidades sinápticas se expandan temporalmente en un 20 por ciento. Los axones también se ensanchan ligeramente durante un período más largo, antes de volver a su tamaño regular.
Estos pequeños cambios tienen grandes impactos en computación cerebral. Como un cable eléctrico que puede cambiar sus propiedades, ajustan la intensidad de la señal entre las redes y, a su vez, la función normal de las neuronas.
Los axones tienen otro truco bajo la manga: se encogen hasta convertirse en “bolas de estrés” con una lesión, como un golpe insospechado en la cabeza durante la práctica de deportes, o en la enfermedad de Alzheimer o Parkinson. Las bolas de estrés son relativamente grandes en comparación con las varicosidades sinápticas. Pero son transitorios. Las estructuras eventualmente se aflojan y recuperan una forma tubular. En lugar de ser dañinos, probablemente protegen el cerebro al limitar el daño a regiones más pequeñas y nutrir los axones durante la recuperación.
Pero la capacidad de los axones para cambiar de forma es temporal y, a menudo, sólo bajo presión. ¿Cómo se ven los axones en un cerebro sano?
Perlas en una cuerda
Hace aproximadamente una décadaWatanabe notó pequeñas burbujas en los axones de los nematodos mientras desarrollaba una nueva técnica de microscopía. Aunque las estructuras eran mucho más pequeñas y estaban más apretadas que las bolas antiestrés, guardó los resultados como una curiosidad, pero no investigó más. Años más tarde, Pawel Burkhardt de la Universidad de Bergen también noté axones nacarados en medusas peine, un diminuto invertebrado marino.
En el nuevo estudio, Watanabe y sus colegas revisaron los sorprendentes hallazgos, armados con una técnica de microscopía más nueva: congelación a alta presión. Para obtener imágenes de detalles finos en el cerebro, los científicos generalmente lo dosifican con múltiples sustancias químicas para colocar las neuronas en su lugar. Luego, los cerebros tratados se cortan en rodajas extremadamente finas y las piezas se escanean individualmente con un microscopio.
El trámite dura días. Sin cuidado, puede distorsionar la membrana de una neurona y dañar o incluso destrozar los delicados axones. Por el contrario, la congelación a alta presión fija mejor la forma de la célula.
Utilizando un microscopio electrónico, que delinea la estructura de una célula disparándole rayos de electrones, el equipo estudió axones “desnudos” de tres fuentes: neuronas de ratón cultivadas en una placa de laboratorio y aquellas de cortes finos de cerebros de ratones adultos y embrionarios.
Todos los axones tenían las peculiares manchas en forma de perlas en toda su longitud. Con aproximadamente 200 nanómetros de diámetro, las nanoperlas son mucho más pequeñas que las bolas de estrés y están más espaciadas entre sí. Es possible que las perlas se formen debido a la biofísica. Estudios recientes muestran que bajo tensión, las secciones de un tubo largo se arrugan formando cuentas, un fenómeno denominado “inestabilidad impulsada por membranas”. Por qué sucede esto y su impacto en la función cerebral sigue siendo un misterio, pero el equipo tiene concepts.
¿Ver para creer?
Utilizando simulaciones matemáticas, modelaron cómo los cambios en el entorno afectan la formación de perlas de un axón y su transmisión eléctrica.
Los axones están rodeados por un gel proteico protector y pegajoso, como un traje de burbujas. Pero todavía experimentan fuerzas físicas, como cuando nos partimos la cabeza rápidamente. Las simulaciones descubrieron que la tensión física que rodea a las neuronas es un issue clave en la gestión del perlado de los axones.
En otra prueba, el equipo eliminó el colesterol de las neuronas (un componente de sus membranas) para hacerlas más flexibles y fluidas. El ajuste disminuyó el perlado en las simulaciones y ralentizó las señales eléctricas a medida que pasaban a través del axón simulado.
La grabación de señales eléctricas de neuronas vivas de ratón condujo a resultados similares. Las nanoperlas más pequeñas y compactas ralentizaron las señales, mientras que los axones con axones más grandes y ampliamente espaciados condujeron a una transmisión más rápida.
Los resultados sugieren una “concept intrigante” de que el cambio de las fuerzas biofísicas podría alterar directamente la velocidad de las señales eléctricas del cerebro, escribieron los autores.
No todo el mundo está convencido.
Algunos científicos piensan que las nanoperlas son un artefacto resultante del proceso de preparación. “Si bien la congelación rápida es un proceso extremadamente rápido, algo puede suceder durante la manipulación de la muestra” que provoque formación de perlas, explicó Pietro De Camilli, de la Facultad de Medicina de Yale, que no participó en el estudio. dijo Ciencia. Otros se preguntan si, como una bola antiestrés, las nanoperlas se forman durante el estrés y eventualmente se desplegarán. Aún no lo sabemos: la microscopía es una instantánea en el tiempo, más que una película.
A pesar del rechazo, el equipo está recurriendo a los axones humanos. Es difícil conseguir tejido cerebral humano sano. Planean buscar signos de nanoperlas en el tejido cerebral extraído durante la cirugía de epilepsia y en aquellos que fallecieron debido a enfermedades neurodegenerativas. Organoides cerebrales, o “minicerebros”desarrollado a partir de personas sanas también podría ayudar a descifrar la forma del axón.
De todos modos, el estudio plantea la pregunta: cuando se trata de anatomía cerebral, ¿qué más nos hemos perdido?
Crédito de la imagen: Biblioteca de imágenes de biociencias de Fayette Reynolds en desempaquetar
