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Piezas de cerebro humano vivas han ayudado a investigadores a descifrar qué nos hace humanos

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Pedazos de tejido cerebral humano que se mantienen vivas gracias al líquido cefalorraquídeo artificial burbujeando con una mezcla de CO2 y oxígeno. Imagen: ScienceNews
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El cerebro es, con mucho, la pieza más compleja y altamente organizada de materia activa en cualquier parte del universo“, comentó Christof Koch científico y presidente del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro.

Nick Dee, el neurocientífico del Instituto Allen, quien ocupado ‘limpiando y procesando’ el tejido nervioso obtenido (que requiere un tratamiento especial) media hora antes de una mujer de 41 años, quien se sometió a una cirugía donde extrajeron parte del tejido para llegar a más profundamente a su cerebro, región que se cree que le causa convulsiones graves, produce ‘rebanadas’ útiles para experimentos.

Un frasco frío (izquierda) contiene una muestra de tejido cerebral minutos después de que se extrajo durante una cirugía de epilepsia. En un laboratorio al otro lado de la ciudad, la muestra se coloca y se corta en hielo (centro). Una vez recortado, se pega en un soporte pequeño, para realizar cortes más delgados (derecha).

Las reglas de privacidad me impiden saber mucho sobre ella; no sé su nombre, mucho menos su primer recuerdo, su comida favorita o su sentido del humor. Pero dentro de este pedazo de tejido, que el paciente donó generosamente, hay pistas sobre cómo su cerebro, y todos nuestros cerebros, realmente, crean la mente, señala Dee.

El equipo de Dee está trabajando rápido porque este pedazo de cerebro está vivo. Algunas de las células pueden comportarse como si aún fueran parte del cerebro de una persona, lo que significa que tienen un enorme potencial para los científicos que desean comprender al cerebro humano. Después de que Dee y su equipo hagan su parte, pedazos del cerebro de la mujer serán llevados a manos de científicos ansiosos, donde las células serán fotografiadas, les darán pulsos constantes con electricidad, serán liberadas de su material genético e incluso podrían ser infectadas con virus que las harán brillar en verde y Rojo (dependiendo del tipo de célula que sea).

Todo es parte de un proyecto en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro con sede en Seattle, que lleva ya seis años funcionando. El proyecto se basa en una red de científicos, neurocirujanos y pacientes donadores. El objetivo final es responder una de las preguntas más importantes de la neurociencia: ¿qué nos hace humanos?.

La respuesta no será simple…

Los científicos tienen otros métodos obtener una ‘imitación’ de los cerebros humanos: organoides cerebrales, pequeñas bolas de tejido neural que se cultivan a partir de células madre; además de los animales criados en laboratorios. Este tipo de estudios han sido de gran ayuda para los neurocientíficos. “Hay un valor real allí“, dice el neurobiólogo del Instituto Allen Ed Lein. “Pero para lo que no son buenos es para estudiar los detalles del producto final en el cerebro maduro“.

Sin embargo, los experimentos con tejidos vivos han revelado peculiaridades celulares que pueden ser específicas de los primates y han revelado nuevos detalles sobre un tipo misterioso de células nerviosas o neuronas. Otros descubrimientos tentadores muestran que los humanos y los ratones tienen un número muy similar de tipos de neuronas.

Comunicación celular

pueden observar las neuronas vecinas (la izquierda muestra hasta ocho pipetas, cada una tocando el núcleo de una célula) para revelar conversaciones celulares complejas (derecha). Imagen: Science News

Para estudiar la comunicación entre neuronas, los científicos utilizan ‘rebanadas ideales’, bajo el microscopio los investigadores revisan los cortes de tejido nervioso para seleccionar los que contengan células completas, sanas y con la cantidad justa de visibilidad contra el tejido de fondo. Después, al corte seleccionado, se le realiza la técnica llamada patch-clamp (o fijación de voltaje), donde pinchan con un tubo de vidrio superdelgado una neurona, y fuerzan ‘una conversación celular’ mediante señales eléctricas, señales que son ‘inyectadas’ como corriente eléctrica a una célula y luego miden cómo responde a dicho mensaje artificial.

Las vibraciones eléctricas de estas neuronas ofrecen pistas sobre su identidades y sus relaciones; una célula responde cuando su célula vecina recibe una descarga eléctrica, esto es un indicio de que esas células se comunicaban mientras estaban dentro de la cabeza del donante. Otras pistas provienen de información sobre la formas elaborada que poseen las neuronas para comunicarse. Cada neurona parece un mapa imposiblemente complejo de afluentes de ríos.

Usando una plataforma multiestación, los investigadores pueden observar una conversación grupal entre un puñado de neuronas vivas en respuesta a una corriente eléctrica inyectada. Imagen: Science News

 

También, trabajando el tubo de vidrio delgado nuevamente, un investigador puede sacar el núcleo de cada célula viva. Al sacarlo, la célula muere, pero puedes obtener un registro de qué genes estaban activos cuando la célula estaba viva.

Tal escrutinio, reveló lo que los investigadores piensan que es una célula rara llamada neurona von Economo, llamada así por el neurólogo austríaco que la describió por primera vez en la década de 1920.

La neurona extra larga y espinosa se encontró en el tejido cerebral vivo donado por una mujer de 68 años que se sometió a una cirugía para extirpar un tumor. La neurona mostró una respuesta eléctrica inusual a la corriente aplicada a ella, informaron científicos en bioRxiv.org. El resultado fue tentador, porque sospecharon que los problemas con las neuronas von Economo desempeñan un papel en las afecciones psiquiátricas y en la enfermedad de Alzheimer.

Los estudios en células humanas vivas también revelaron una diferencia importante entre humanos y ratones: cierto tipo de neurona humana está cubierta con una proteína llamada canal h; en ratones, esos canales son raros. Los canales h ayudan a las células a responder a las señales eléctricas y pueden verse afectadas por medicamentos, incluido uno para la epilepsia. Esta diferencia básica, descrita en Neuron, podría explicar por qué ciertos tipos de medicamentos funcionan de manera diferente en el cerebro de ratones (usados en ensayos en laboratorio) y personas. En términos generales, podrían ser las cosas que permiten algunas de las características más sofisticadas de nuestros cerebros.

Un golpe al ego

Pero los cerebros humanos no siempre son tan únicos. Un nuevo resultado podría decepcionar a las personas que piensan que nuestros cerebros están repletos de neuronas especializadas que nos permiten hablar y pensar de una manera que otros animales no pueden.

El número de los diferentes tipos de células en la corteza humana y en la corteza del ratón es aproximadamente el mismo, dice un estudio dirigido por investigadores del Instituto Allen que está en prensa en Nature.

Las personas, incluidos los científicos, tienen esta fuerte necesidad de excepcionalismo humano“, dice Koch.

Primero, Darwin degradó a los humanos a solo otro animal en el árbol de la vida. Luego, el Proyecto Genoma Humano nos sorprendió con la noticia de que tenemos una cantidad similar de genes que los ratones. Ahora, agregue tipos de células cerebrales a la lista de cosas que hacen que las personas se parezcan más a otros mamíferos.

Estas similitudes no sorprenden a Suzana Herculano-Houzel, neurobióloga de la Universidad Vanderbilt en Nashville. “No somos especiales“, dice ella. Encontrar que los humanos y los ratones tienen tipos similares de células en sus cerebros tiene mucho sentido, al igual que la idea de que algunos tipos de células y algunos genes serán específicos de cada especie. La pregunta es, ella dice: “¿Cuál de esas diferencias son realmente significativas?“.

Queremos una descripción completa de todos los tipos de neuronas“, dice Koch. El progreso constante en los últimos seis años muestra que las respuestas están al alcance. Una vez que se da orden a la maraña de neuronas que pueblan nuestros cerebros, los científicos pueden centrarse en los misterios más grandes, como la forma en que esas células crean nuestros recuerdos, emociones e incluso la conciencia misma.

Descubrir las peculiaridades de los cerebros humanos “podría llevarnos a comprender un día por qué sufrimos ciertos trastornos“, dice Nenad Sestan, neurocientífico de la Facultad de Medicina de Yale. Los modelos animales imprecisos han obstaculizado la investigación sobre la esquizofrenia, el autismo y la enfermedad de Alzheimer, dice. Es por eso que estudiar tejido humano en vivo es tan crucial.

Fuente: Science News

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