Investigadores utilizan códigos de ARN para mapear conexiones neuronales en el cerebro

Un grupo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign presentó una técnica revolucionaria que utiliza códigos de ARN para mapear las conexiones neuronales en el cerebro, logrando capturar miles de enlaces con precisión de sinapsis única. Este avance transforma el mapeo cerebral en una tarea de secuenciación, haciéndola más rápida y escalable que los métodos tradicionales.

Los científicos lograron identificar sorprendentes nuevas conexiones entre células cerebrales en ratones, lo que podría facilitar la detección temprana y el tratamiento específico de enfermedades neurológicas. "Cuando se diseña una computadora, es fundamental conocer el circuito de la unidad central de procesamiento. Sin entender cómo está todo conectado, no se puede optimizar ni reparar cuando algo falla. Estamos abordando el cerebro de la misma manera", explicó Boxuan Zhao, líder del estudio y profesor de biología celular y del desarrollo.

La investigación, publicada en la revista Nature Methods, destaca que la tecnología permite mapear simultáneamente miles de conexiones neuronales con una resolución de sinapsis única, una capacidad que no existe en ninguna tecnología actual. Esto resulta directamente aplicable para entender la disfunción de circuitos en enfermedades neurodegenerativas y podría ofrecer una plataforma para desarrollar intervenciones terapéuticas guiadas por circuitos.

Tradicionalmente, el mapeo cerebral ha sido un proceso lento y complicado, donde los científicos debían cortar el tejido cerebral en secciones extremadamente delgadas, imaginarlas con microscopios y ensamblar manualmente las trayectorias. Aunque herramientas más nuevas basadas en secuenciación pueden etiquetar muchas neuronas a la vez, generalmente solo muestran dónde se extiende una neurona, sin identificar las células exactas con las que se conecta en la sinapsis.

Para superar esta limitación, el equipo de Zhao desarrolló una nueva plataforma llamada Connectome-seq, que asigna a cada neurona un código de ARN único. Proteínas especializadas transportan estos códigos desde el cuerpo principal de la neurona hasta la sinapsis, el punto donde se encuentran dos neuronas. Luego, los investigadores aíslan estas sinapsis y utilizan secuenciación de alto rendimiento para leer qué pares de códigos se encuentran juntos, revelando así qué neuronas están directamente conectadas.

Utilizando Connectome-seq, el equipo mapeó más de 1,000 neuronas en un circuito cerebral de ratón conocido como el circuito pontocerebeloso, que conecta dos regiones del cerebro. El análisis reveló patrones de conectividad previamente desconocidos, incluidos enlaces directos entre tipos de células que no se sabía que se conectaban en el cerebro adulto.

Con mejoras ya en marcha en su laboratorio, el equipo se mostró optimista sobre la posibilidad de mapear eventualmente todo el cerebro de un ratón. Esta técnica rápida y escalable podría acelerar significativamente la investigación sobre enfermedades neurodegenerativas, condiciones psiquiátricas y otros trastornos cerebrales. Al comparar las conexiones cerebrales en individuos sanos con aquellas en diferentes etapas de la enfermedad, los científicos podrían identificar cambios tempranos en los circuitos neuronales.

El estudio recibió apoyo de una subvención de la Iniciativa Neuro-ómica del Wu Tsai Neurosciences Institute de la Universidad de Stanford, así como financiamiento de la Elsa U. Pardee Foundation y la Edward Mallinckrodt Jr. Foundation.