Científicos logran que neuronas brillen y permiten observar el cerebro en acción

Investigadores de la Universidad de Brown dieron un paso significativo en la comprensión del cerebro al desarrollar una herramienta bioluminiscente que permite a las neuronas brillar por sí solas. Este avance permite a los científicos rastrear la actividad cerebral sin el uso de láseres dañinos o señales que se desvanecen, ofreciendo una visión más clara y profunda de cómo funciona el cerebro.

La idea de utilizar luz bioluminiscente para observar la actividad cerebral comenzó hace aproximadamente diez años. En lugar de iluminar el tejido cerebral desde el exterior, los investigadores se preguntaron si era posible hacer que las neuronas brillaran desde adentro. "Comenzamos a pensar: '¿Qué pasaría si pudiéramos iluminar el cerebro desde el interior?'", comentó Christopher Moore, profesor de ciencias del cerebro en Brown University.

Este concepto llevó a la creación del Bioluminescence Hub en el Carney Institute for Brain Science de la misma universidad en 2017, gracias a una importante subvención de la National Science Foundation. Este centro reunió a colaboradores como Diane Lipscombe, directora del instituto, Ute Hochgeschwender de la Universidad Central de Michigan, y Nathan Shaner de la Universidad de California en San Diego.

El equipo se propuso crear y compartir nuevas herramientas de neurociencia, otorgando a las células del sistema nervioso la capacidad de producir luz y responder a ella. En un estudio publicado en Nature Methods, los investigadores describieron una nueva herramienta de imagen bioluminiscente llamada Ca2+ BioLuminescence Activity Monitor, o CaBLAM, que puede capturar la actividad dentro de células individuales y regiones celulares más pequeñas a alta velocidad. Esta herramienta funciona eficazmente en ratones y peces cebra, permite grabaciones que duran horas y no requiere ninguna fuente de luz externa.

Moore destacó que Shaner, profesor asociado de neurociencia y farmacología en la U.C. San Diego, lideró el diseño del dispositivo molecular detrás de CaBLAM. "CaBLAM es una molécula realmente asombrosa que Nathan creó", afirmó Moore.

Medir la actividad de las células cerebrales vivas es fundamental para comprender cómo funcionan los organismos. Actualmente, la forma más común de hacerlo se basa en indicadores de calcio genéticamente codificados por fluorescencia. Sin embargo, las técnicas de fluorescencia presentan desventajas significativas, como el daño a las células cerebrales por la exposición prolongada a luz intensa y el fenómeno conocido como fotoblanqueo, que limita la duración de los experimentos.

La imagen bioluminiscente, en cambio, genera luz cuando una enzima descompone una molécula pequeña específica, lo que elimina la necesidad de luz externa brillante. Esto resulta en una imagen más limpia y sin daño fototóxico, lo que hace que el enfoque sea más seguro para el delicado tejido cerebral.

Con CaBLAM, los investigadores pueden observar cómo se comporta una sola neurona dentro de un animal vivo, incluyendo la actividad en diferentes partes de la célula. En el estudio, el equipo reportó una sesión continua de grabación de cinco horas, algo que no sería posible con métodos tradicionales basados en fluorescencia.

El proyecto CaBLAM forma parte de un esfuerzo más amplio en el hub para inventar nuevas formas de observar y controlar la actividad cerebral. Una de las experimentaciones incluye una célula viva que emite un destello de luz que otra célula cercana puede detectar, permitiendo que las neuronas se comuniquen utilizando luz. Moore también mencionó que CaBLAM podría aplicarse más allá de la neurociencia para estudiar la actividad en otras partes del cuerpo.

Este avance resalta la importancia de la investigación colaborativa, ya que al menos 34 científicos contribuyeron al proyecto, representando a socios del Bioluminescence Hub como Brown University, Central Michigan University, U.C. San Diego, University of California Los Angeles y New York University. El trabajo fue respaldado por financiamiento de los National Institutes of Health, la National Science Foundation y la Paul G. Allen Family Foundation.