NeoFronteras

Un nuevo sistema de tinción permite colorear neuronas con 90 tonalidades. Esto permite estudiar las conexiones neuronales con un detalle sin precedentes.

Parte de neuronas motoras de un trozo del nervio que controla el movimiento de los ojos de un ratón (izquierda). Neuronas del hipocampo, región cerebral que controla la memoria y sentido espacial, lucen en una multitud de colores (derecha).

Hace más de un siglo la tinción de Golgi permitió a Ramon y Cajal el estudio de neuronas individuales, pero sólo hasta hace una década se empezaron a mejorar radicalmente los sistemas de tinción en este campo. Ahora científicos de la Universidad de Harvard han ideado un método que permite colorear neuronas individuales y ver cómo se interconectan unas con otras gracias a poder colorear cada una con un tono de color diferente. El nuevo sistema permite hasta 90 tonos de color diferentes.
Este nuevo sistema permitirá estudiar mejor cómo funciona el cerebro porque proporcionará diagramas detallados de la circuitería de conexiones neuronales, y ayudará a saber mejor cómo es procesada la información. Es como abrir una radio y ver el circuito impreso, como todas las conexiones son del mismo color nos llevará un buen rato desentrañar el circuito, pero si de algún modo cada conexión estuviera coloreada sería mucho más fácil. Pasa algo parecido en este caso, la maraña de neuronas y sus conexiones es muy complicada y sólo gracias a una tinción se puede estudiar.
La idea que hay detrás de este sistema consiste en transferir a ratones genes que produzcan proteínas fluorescentes y que estos genes se expresen en las neuronas. Hasta ahora no se había conseguido transferir más de dos tipos de estos genes.
Jeff Lichtman y sus colaboradores han encontrado un sistema mediante el cual pueden crear ratones transgénicos que porten cuatro de estos genes, que en sus neuronas producen proteínas que fluorescen en amarillo, rojo, cian y verde (o alternativamente naranja). Las distintas combinaciones de estos colores producen los 90 tonos referidos. Los genes proceden originalmente de medusas marinas bioluminescentes.

Para hacer esto se han valido del sistema genético Gre/lox. Organizan los elementos de este sistema de tal modo que promueva de manera aleatoria la actividad de estos cuatro genes. Entonces introducen múltiples copias de la cadena de genes en células madre de embriones de ratón, produciéndose un ratón transgénico. Cada neurona del ratón vivo activa un número al azar de estos genes y como resultado se producen estos 90 tonos distintos que se pueden ver bajo microscopio (incluso el cerebro los ratones vivos fosforece a través de la piel) una vez los investigadores desean estudiar el tejido cerebral.
Este sistema es similar al monitor de un ordenador, que a partir de unos colores básicos reconstruye todos los demás. O similar a la paleta del pintor, que al mezclar sus pinturas obtiene colores nuevos.

Los investigadores han comprobado que el color de cada neurona permanece sin cambios a lo largo del tiempo, lo que garantiza un buen estudio de las neuronas. La diferencia de colores permite ver dónde termina una neurona y empieza otra, cuál está conectada con cuál por las sinapsis, cuántas convergen en una célula postsináptica, etc.
Los especialistas del ramo están maravillados por esta técnica, no sólo por sus resultados, sino además porque que tanto los ratones transgénicos como las herramientas necesarias para crearlos están disponibles para todos ellos.
Además de la utilidad científica, las imágenes obtenidas son tan estéticas y bellas que los autores hacen un juego de palabras creando la palabra brainbow, que suena similar a rainbow (arcoiris).
Este grupo de investigadores quiere aplicar esta técnica para ver cómo se crea la circuitería de conexiones en el cerebro de animales superiores como los mamíferos según pasa de inmaduro a estado adulto, que es cuando se producen grandes cambios en su estructura, y que es en última instancia lo que nos hacer ser como somos.

Fotos obtenidas por Livet y colaboradores.

Fuentes y referencias:
Transgenic strategies for combinatorial expression of fluorescent proteins in the nervous system (resumen).
(1) Nota en la Universidad de Harvard.
(2) Nota en la Universidad de Harvard.
(3) Nota en la Universidad de Harvard.
Podcast de uno de los autores en NPR (hacer clic en “Listen”).
Video sobre este tema en esta página.