De cerca, una retina en desarrollo parece una estación abarrotada: las neuronas arrancan a la vez, se cruzan y dan media vuelta. Y, sin embargo, el resultado es un tejido organizado con precisión. Durante seis años y medio, el equipo de Caren Norden observó este proceso en embriones transparentes de pez cebra y descubrió que las neuronas se guían por señales de sus vecinas y que algunos de sus movimientos protegen el tejido en maduración, y al final puedes comprobar cómo te orientas tú en el caos creativo.
La mayoría de las neuronas se originan lejos del lugar que ocuparán finalmente. Para crear un sistema nervioso funcional, estas células deben desplazarse por el tejido y, una vez en su destino, establecer las conexiones necesarias. En la retina y en otras regiones del encéfalo en desarrollo hay además otra tarea: las neuronas deben organizarse en capas diferenciadas. Este proceso se llama laminación neuronal.
Hasta ahora se sabía poco sobre cómo se produce en la retina. La mayor parte de la investigación se había centrado en la corteza cerebral y, sobre todo, en las células que migran, no en el tejido que las rodea. El proyecto makingtheretina, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, supuso un gran avance en la comprensión de cómo se forma la retina a lo largo de sus seis años y medio de duración.
El equipo trabajó con el pez cebra, un modelo animal bien establecido y muy adecuado para estudiar la laminación. Su pequeño tamaño y su transparencia facilitan la observación; además, se desarrolla rápidamente y su retina es relativamente accesible en comparación con otras regiones del sistema nervioso central.
La técnica clave fue la microscopía de lámina de luz durante periodos prolongados. Ilumina cada vez un único plano fino de tejido y es tan poco invasiva que los embriones se mantienen en buen estado durante varios días. «El uso de la microscopía de lámina de luz durante periodos prolongados nos permitió observar la migración celular y la laminación en embriones del pez cebra», comenta la investigadora principal, Caren Norden, que desarrolló parte de su labor en el Instituto Gulbenkian de Medicina Molecular antes de incorporarse a la Universidad de Cambridge.
Al trabajo experimental se sumaron especialistas en informática y modelización teórica, que combinaron los experimentos con:
«Gracias a las herramientas de análisis desarrolladas específicamente para este fin, pudimos rastrear el movimiento de las células a lo largo del tiempo y determinar su velocidad, dirección y cambios de forma. Así identificamos las distintas estrategias que emplea cada tipo de neurona de la retina», explica Norden. Las herramientas predictivas y los modelos teóricos sirvieron para formular y comprobar sucesivas hipótesis sobre los mecanismos que impulsan estos movimientos.
A primera vista, el «tráfico» de neuronas parecía caótico. Pero detrás había un control dinámico preciso. «Nuestros estudios demostraron que una estructura tisular precisa puede surgir de un comportamiento celular sorprendentemente caótico. Los distintos tipos de células se desplazan a la vez y siguen estrategias diferentes; a menudo, incluso se entrecruzan hasta alcanzar su posición definitiva», comenta Norden.
Las células horizontales son un buen ejemplo. No seguían rutas predeterminadas, sino trayectorias individuales impredecibles. En un principio se pensaba que las guiaba la estructura física del tejido, pero no era así.
Su desplazamiento estaba guiado por mecanismos indirectos de comunicación celular, es decir, por señales químicas de las células circundantes.
El hallazgo más sorprendente afectó a las células fotorreceptoras. «Lo más sorprendente es que algunos movimientos de las neuronas contribuyen a preservar la maduración del tejido. Las células fotorreceptoras se desplazaban de un lado a otro, y llegaban incluso a invertir su trayectoria para dejar libre, de forma transitoria, el espacio que ocuparían después. De este modo, las células progenitoras vecinas podían completar su división», agrega Norden.
Un movimiento que parece un error, alejarse del lugar futuro y luego volver, tiene por tanto un propósito: da a las vecinas espacio para terminar su trabajo. Este mismo comportamiento de «creación de espacio» se observó en organoides de retina humana, lo que indica que podría tratarse de una estrategia conservada a lo largo de la evolución.
Los estudios del proyecto revelaron una interacción continua entre la estructura de la retina en desarrollo y las células en movimiento, que se influyen mutuamente sin comprometer la integridad del tejido en formación. Algunos de los fenómenos más destacados se observaron también en organoides de retina humana y podrían darse en otras regiones del encéfalo.
En futuras investigaciones se estudiarán los mecanismos moleculares del desplazamiento de cada célula y la solidez de la laminación neuronal, así como la relación genética con determinadas señales químicas y mecánicas implicadas en las alteraciones de la migración neuronal. «La posición incorrecta de las neuronas está relacionada con trastornos como la epilepsia y la discapacidad intelectual. Comprender cómo alcanzan su posición correcta en la retina del pez cebra nos proporciona los conocimientos necesarios para investigar qué mecanismos fallan en los trastornos neurológicos y del neurodesarrollo», concluye Norden.
El proyecto makingtheretina demuestra que una estructura precisa puede surgir de lo que parece desorden. Las neuronas de la retina del pez cebra en desarrollo se mueven a la vez, usan estrategias distintas, siguen señales químicas de sus vecinas y a veces incluso dan media vuelta para dejar sitio a otras. La investigación con organismos modelo sigue siendo fundamental para comprender el desarrollo de tejidos y órganos, y combinar experimentos, herramientas computacionales y modelos teóricos permite ahondar en esa comprensión.
5 preguntas · un minuto
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文