Psique

Imágenes en vivo de la densidad de sinapsis en el cerebro humano | Ciencias

A menudo se dice que el cerebro humano es el objeto más complejo del universo conocido, y hay buenas razones para creer que lo es. Ese bulto de gelatina dentro de su cabeza contiene al menos 80 mil millones de células nerviosas o neuronas, e incluso más de las células no neuronales llamadas glía. Entre ellos, forman cientos de billones de conexiones sinápticas precisas; pero todos tienen partes móviles y estas conexiones pueden cambiar. Las neuronas pueden extender y retraer sus delicadas fibras; algunos tipos de células gliales pueden atravesar el cerebro; y las neuronas y la glía trabajan juntas de forma rutinaria para crear nuevas conexiones y eliminar las antiguas.

Estos procesos comienzan antes de que nazcamos y ocurren hasta que morimos, lo que convierte al cerebro en un órgano muy dinámico que experimenta cambios continuos a lo largo de la vida. En un momento dado, muchos millones de ellos están siendo modificados de una forma u otra, para remodelar los circuitos del cerebro en respuesta a nuestras experiencias diarias. Investigadores de la Universidad de Yale han desarrollado una técnica de imágenes que les permite visualizar la densidad de las sinapsis en el cerebro humano vivo y ofrece una nueva y prometedora forma de estudiar cómo se desarrolla y funciona el órgano, y también cómo se deteriora en diversas enfermedades neurológicas y psiquiátricas. condiciones.

El nuevo método, desarrollado en el laboratorio de Richard Carson en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Yale, se basa en la tomografía por emisión de positrones (PET), que detecta la radiación emitida por ‘trazadores’ radiactivos que se unen a proteínas específicas u otras moléculas después de ser inyectadas en el cuerpo. Hasta ahora, la densidad de las sinapsis en el cerebro humano solo podía determinarse mediante autopsia, utilizando anticuerpos que se unen a proteínas sinápticas específicas y las tiñen, o mediante microscopía electrónica para examinar la estructura fina del tejido.

Para evitar esto, los investigadores diseñaron una molécula trazadora radiactiva llamada [11C]UCB-J, que se une a una proteína llamada SV2A, que se encuentra exclusivamente en las vesículas sinápticas en las terminales nerviosas y que regula la liberación de moléculas neurotransmisoras de ellas, un paso vital en la señalización cerebral. Otros equipos de investigación han desarrollado trazadores similares que se unen a SV2A, pero hasta ahora solo se han probado en ratas, cerdos y monos.

Para determinar que [11C]UCB-J es un marcador confiable para la densidad de sinapsis, Carson y sus colegas inyectaron la molécula en un babuino verde oliva y escanearon el cerebro del mono. Esto reveló que el trazador es absorbido rápidamente por el tejido cerebral, volviéndose altamente concentrado en la corteza cerebral, que consiste en gran parte de materia gris densamente llena de sinapsis, pero no en los tractos de materia blanca, que contiene pocas o ninguna sinapsis, dentro de 6 a 16 minutos después de la inyección.

Luego diseccionaron el cerebro y tomaron muestras de tejido de 12 regiones diferentes. Un examen más detenido de estas muestras mediante tinción de anticuerpos reveló además que los niveles de SV2A se corresponden muy estrechamente con los de otra proteína llamada sinaptofisina, que se considera el estándar de oro de la densidad sináptica y se utiliza ampliamente para estimar el número de sinapsis en muestras de tejido cerebral. Además, la distribución de SV2A en las muestras de tejido se correlacionó muy estrechamente con las mediciones obtenidas anteriormente mediante la exploración PET, lo que demuestra que SV2A se puede utilizar para medir con precisión la densidad de las sinapsis.

A continuación, los investigadores inyectaron su marcador en cinco voluntarios humanos sanos y luego escanearon sus cerebros para obtener las primeras imágenes de densidad sináptica en el cerebro humano vivo. Los resultados fueron comparables a los observados en el mono, con la señal radioactiva alcanzando su punto máximo en la materia gris de la corteza dentro de los 6 a 15 minutos después de la inyección, y luego comenzó a declinar de manera constante poco después.

Finalmente, repitieron esto en tres pacientes diagnosticados de epilepsia del lóbulo temporal. En los tres, los escáneres mostraron una disminución de la captación del marcador radiactivo en el hipocampo, pero solo en ese lado del cerebro que previamente había sido dañado por convulsiones. Esto no solo confirma informes anteriores de que el lóbulo temporal está asociado con la pérdida de sinapsis, sino también que [11C]UCB-J es lo suficientemente sensible como para detectarlo.

Las sinapsis se destruyen en muchas otras enfermedades neurológicas, incluida la enfermedad de Alzheimer, en la que la disminución gradual de la función de la memoria probablemente se deba a la pérdida de sinapsis en el hipocampo y al trastorno depresivo mayor, que se sabe que implica una función de sinapsis alterada en la corteza prefrontal. Esta región del cerebro en particular también sufre una gran pérdida de sinapsis en la adolescencia, durante la cual se elimina alrededor del 40% del número total de sinapsis cerebrales, un proceso que ahora sabemos que continúa hasta bien entrada la segunda década de la vida.

Las sinapsis no deseadas y dañadas son engullidas por células microgliales, las células inmunes residentes del cerebro, en un proceso llamado poda sináptica, y ahora se cree ampliamente que la poda aberrante durante el desarrollo temprano del cerebro y la adolescencia podría causar, o al menos contribuir a, condiciones como el autismo. y esquizofrenia. (El año pasado, investigadores de Londres utilizaron imágenes de PET con otro trazador radiactivo para mostrar que las células microgliales son hiperactivas en los cerebros de pacientes con esquizofrenia).

El perfeccionamiento de las imágenes de PET utilizando estos trazadores ofrece, por tanto, un nuevo enfoque prometedor para investigar los cambios en la densidad sináptica que se producen durante el crecimiento y la maduración del cerebro. También puede proporcionar nuevos conocimientos sobre cómo se desarrollan y progresan las enfermedades que involucran pérdida sináptica y, eventualmente, incluso puede ayudar en su diagnóstico.

Referencia

Finnema, SJ, et al. (2016). Imágenes de densidad sináptica en el cerebro humano vivo. Sci. Transl. Medicina. 8: 348ra96 [Abstract]

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