MADRID, 11 Feb. (EUROPA PRESS) -
Los investigadores han desarrollado una nueva herramienta que les permite obtener imágenes de astrocitos individuales en el cerebro de ratones despiertos con un nivel de detalle sin precedentes, de manera que han podido demostrar por primera vez "in vivo" que los astrocitos generan señales de calcio tan rápidas como las de las neuronas, con una duración inferior a 300 milisegundos.
También descubrieron que los astrocitos tienen puntos calientes, donde la frecuencia de la actividad es mayor, y los mapas de estos puntos calientes eran estables a lo largo del tiempo, con patrones únicos para comportamientos específicos. Estos resultados, publicados en la revista 'Science Advances', son una prueba potencial de que los astrocitos desempeñan un papel en el procesamiento de la información y el almacenamiento de los recuerdos.
La forma en que experimentamos el mundo se debe a complejas e intrincadas interacciones entre las neuronas del cerebro. El nuevo estudio sugiere que los astrocitos -células no neuronales con forma de estrella en el cerebro- también podrían desempeñar un papel importante en el procesamiento de la información, y quizás incluso de la memoria.
Utilizando técnicas avanzadas de imagen y análisis, los investigadores de la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japób registraron la señalización dentro de los astrocitos individuales con un nivel de detalle y velocidad nunca antes visto en el cerebro de ratones despiertos.
Sus hallazgos, que incluyen señales ultrarrápidas a la par de las observadas en las neuronas y patrones de actividad de señalización que se corresponden con diferentes comportamientos, sugieren que los astrocitos pueden desempeñar un papel crucial en muchas funciones de nuestro cerebro, incluida la forma en que pensamos, nos movemos y aprendemos.
"Si estas implicaciones son ciertas, transformarán fundamentalmente nuestra forma de pensar sobre la neurociencia y el funcionamiento del cerebro", asegura el primer autor, el doctor Leonidas Georgiou, antiguo estudiante de doctorado en la Unidad de Neuroimagen Óptica del OIST.
Cuando imaginamos nuestro cerebro, solemos imaginar una maraña de largas neuronas en forma de cable que se envían señales eléctricas entre sí a través de diferentes regiones del cerebro. Pero las neuronas sólo constituyen la mitad de las células de nuestro cerebro. En todo el espacio que queda entre la maraña de neuronas hay muchos otros tipos de células cerebrales, como los astrocitos.
"En comparación con las neuronas, los astrocitos han recibido muy poca atención. Se pensaba que eran sólo células auxiliares que suministraban nutrientes a las neuronas y eliminaban sus residuos --explica el profesor Bernd Kuhn, autor principal y director de la Unidad de Neuroimagen Óptica--. Pero en los últimos años ha habido cada vez más pruebas de que los astrocitos pueden escuchar los mensajes químicos que se envían entre las neuronas en las sinapsis, y pueden responder con sus propias señales, proporcionando una capa adicional de complejidad a la forma en que nuestro cerebro recibe y responde a la información".
Sin embargo, las señales detectadas anteriormente en los astrocitos eran unas diez veces más lentas que las observadas en las neuronas, por lo que los científicos creían que las células eran demasiado lentas para el procesamiento de la información.
Al desarrollar un nuevo conjunto de herramientas que permite estudiar la actividad de los astrocitos en ratones despiertos con un detalle sin precedentes, los investigadores del OIST han podido demostrar ahora por primera vez que los astrocitos generan señales in vivo tan rápidas como las de las neuronas, con una duración de menos de 300 milisegundos.
Sus herramientas se basaron en un nuevo descubrimiento: que un virus utilizado habitualmente para la terapia génica podía "saltar" de las neuronas a los astrocitos conectados. Los científicos utilizaron un virus adeno-asociado que contenía un gen que hace que las células infectadas sean fluorescentes. La fluorescencia aumenta de intensidad en presencia de calcio, un importante indicador de la actividad de las señales en las células vivas.
Una vez marcado, el equipo de investigación pudo utilizar un potente microscopio casero para localizar y obtener imágenes de un solo astrocito, durante varios días y hasta una hora cada vez, mientras el ratón estaba despierto y en movimiento.
A continuación, utilizaron un avanzado programa informático para analizar las imágenes grabadas, lo que les permitió detectar los destellos ultrarrápidos de las señales de calcio, nunca antes vistos, y evaluar los patrones de las señales de forma imparcial.
Descubrieron que la estimulación sensorial, mediante cosquillas en los bigotes, daba lugar a muy poca señalización de calcio, mientras que ciertos comportamientos, como correr o caminar, daban lugar a altos niveles de actividad.
Los científicos también se dieron cuenta de que había ciertas áreas en el astrocito, o hotspots, donde los niveles de actividad eran más altos. "Estos mapas de puntos calientes son como huellas dactilares: para un comportamiento específico, son estables a lo largo del tiempo, permaneciendo igual durante un periodo de días, y son únicos para cada astrocito", explica Georgiou.
Y lo que es aún más sorprendente, el equipo observó que los distintos comportamientos se correspondían con patrones de puntos calientes únicos. "Así, cuando el ratón está en reposo, se ve un patrón. Y cuando el ratón está corriendo, se ve un patrón diferente", añade el profesor Kuhn.
Una hipótesis sugerida por el profesor Kuhn es que estos mapas de puntos calientes podrían representar engramas de memoria, es decir, un patrón que representa un comportamiento específico o un recuerdo. Diferentes redes neuronales se activan durante comportamientos específicos o cuando se aprende y se recuerda información, lo que también podría cambiar la actividad de los astrocitos cercanos. Los engramas de memoria son todavía teóricos y muy controvertidos, reconoció.
"Todavía no sabemos cómo se almacenan los recuerdos en el cerebro, pero es increíble pensar que podría implicar a los astrocitos --comenta--. Es probable que sea demasiado bueno para ser cierto, pero es una hipótesis apasionante que hay que seguir".
