Obtención de imágenes de alta resolución y en tiempo real de neuronas

Las neuronas presentan una morfología única en comparación con el resto de células del cuerpo, que presentan una forma más o menos esférica. Además de su característico cuerpo celular, las neuronas presentan extensiones especializadas para enviar y recibir información. Un árbol dendrítico ramificado parte de una región del cuerpo celular y un único axón largo de otra.

Las neuronas son pequeñas, pero las dendritas son incluso más pequeñas. Para complicar un poco más la situación, las dendritas presentan a su vez unas pequeñas protuberancias con forma de hongo denominadas espinas dendríticas. Es aquí donde las sinapsis o uniones entre neuronas cumplen su importante función. También es aquí donde tienen su origen muchas enfermedades neurológicas.

Dado su tamaño extremadamente pequeño y sus rápidas dinámicas, el estudio de las espinas dendríticas in situ ha sido muy complicado. Con el objetivo de desarrollar y aplicar técnicas para llevar a cabo tal empresa, se inició el proyecto financiado por la Unión Europea «Nanoscale photoactivation and imaging of synaptic spine dynamics» (DYNASPINE). El objetivo final era correlacionar estructura y función a nivel de una única sinapsis en tiempo real.

La señalización neuronal depende de una compleja cadena de interacciones entre componentes químicos y eléctricos. Los voltajes cambian a lo largo de la membrana, los poros en la membrana se abren y se cierran, y los iones y las moléculas entran y salen. Incluso el número, el tamaño y la forma de las espinas presentan plasticidad, es decir, la habilidad para cambiar. Dichos cambios pueden conducir a incrementos en la fuerza de las sinapsis, con efectos durante largos periodos de tiempo (potenciación a largo plazo), que también puede ser inducida por estimulación repetida. Se cree que este fenómeno está implicado en el aprendizaje y en la memoria.

Los investigadores combinaron la obtención de registros electrofisiológicos con una de las técnicas microscópicas más avanzadas y de mayor resolución disponible en la actualidad, la microscopia de depleción por emisión estimulada. Para estimular los receptores a nivel de una única sinapsis, se empleó glutamato, un neurotransmisor excitatorio, liberado por el equipo de investigación por medio de fotoestimulación.

Los experimentos pusieron de manifiesto la plasticidad de la espina dendrítica, en concreto el acortamiento y el engrosamiento del cuello de la espina durante la potenciación sináptica. También mostraron que estos cambios estructurales tenían efectos diferentes inesperados en la señalización química y eléctrica, lo que revela un nuevo nivel de complejidad en la función de las espinas dendríticas neurales.

Los resultados del proyecto DYNASPINE plantean un nuevo escenario para el estudio del funcionamiento de las espinas dendríticas y sin duda los trabajos futuros de investigación en esta interesante área de conocimiento se seguirán con gran interés por la comunidad neurocientífica.