Nuestra capacidad para estudiar redes dentro del sistema nervioso ha sido limitada por las herramientas disponibles para observar grandes volúmenes de células a la vez, Una técnica de imagen en 3D ultrarrápida llamada microscopía SCAPE, desarrollada a través de la Iniciativa de Investigación del Cerebro de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) a través de Tecnologías Avanzadas Avanzadas (BRAIN), permite ver un mayor volumen de tejido de una manera que es mucho menos dañino para las delicadas redes de células vivas, según refiere este artículo revisado médicamente por la Dra. Emily Henderson, B.Sc, y publicado originalmente por la página de información médica NEWS MEDICAL, en su portal web news-medical.net. – Foto: captura de pantalla.
«Esta es una demostración elegante del poder de las tecnologías BRAIN Initiative para proporcionar nuevas ideas sobre cómo el cerebro decodifica la información para producir sensaciones, pensamientos y acciones». – Edmund Talley, Ph.D., director del programa, Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares (NINDS), una parte de los NIH –
El microscopio SCAPE fue desarrollado en el laboratorio de Elizabeth MC Hillman, Ph.D., profesora de ingeniería biomédica y radiología e investigadora principal del Instituto Zuckerman de Columbia en la ciudad de Nueva York.
«La microscopía SCAPE ha sido increíblemente habilitante para estudios en los que se deben observar grandes volúmenes a la vez y en tiempo real», dijo el Dr. Hillman. «Debido a que las células y los tejidos pueden dejarse intactos y visualizarse a altas velocidades en tres dimensiones, podemos explorar muchas preguntas nuevas que no pudieron estudiarse previamente».
El epitelio olfativo se encuentra profundamente dentro de la nariz y está formado por muchos miles de células nerviosas que contienen un receptor especial que reacciona a un olor específico. Los estudios que usan olores simples e individuales sugieren que cuando olemos algo, se activa una combinación específica de estas células nerviosas, formando un código que el cerebro interpreta como ese olor particular. En el pasado, los investigadores solo podían estudiar una fracción limitada de esta área en cualquier momento y los métodos que usaban podían dañar el tejido, lo que dificultaba sacar conclusiones definitivas.
El epitelio olfativo demostró ser un objetivo ideal para estudiar usando SCAPE, porque las células nerviosas responsables de detectar los olores se distribuyen de manera algo aleatoria. Esto significa que es importante observar tantas células como sea posible para sacar conclusiones sobre sus patrones de actividad.
Usando SCAPE, los investigadores que realizaron este estudio pudieron medir miles de células nerviosas olfativas a la vez mientras respondían a combinaciones de diferentes olores descritos como «almendra», «floral / jazmín» y «cítricos». Sin embargo, aunque vieron patrones simples predichos por la teoría existente cuando expusieron el tejido a olores individualmente, cuando se mezclaron dos o tres olores, vieron un sistema mucho más complejo de respuestas interactivas de células nerviosas de lo esperado.
«Esperábamos que la respuesta a una mezcla de olores se pareciera mucho a la suma de las respuestas a los olores originales», dijo Stuart Firestein, Ph.D., profesor de la Universidad de Columbia, Nueva York, y autor principal del estudio. . «En cambio, observamos interacciones complejas en las que un segundo olor mejoraba la respuesta de una neurona al primer olor, o en otros casos, inhibía la respuesta de una neurona».
Estos resultados sugieren que las señales que llegan al cerebro están distorsionadas por estas interacciones del receptor dentro de la nariz, alterando el código para una mezcla de olores en algo perceptiblemente diferente de la suma de sus partes. Dado que casi todos los olores que nos rodean son mezclas complejas, este mecanismo podría explicar cómo podemos distinguir entre una gran variedad de olores diferentes, al tiempo que explica por qué a menudo puede ser difícil elegir los ingredientes individuales de una mezcla.
«SCAPE ofrece una gran ventaja en eso, ya que podemos observar un área tan grande a la vez, podemos detectar eventos importantes que ocurren raramente», dijo el Dr. Firestein. «Esta técnica nos ha abierto la puerta para explorar muchas preguntas adicionales en el campo olfativo».
El Dr. Firestein también dice que él y otros ahora pueden estudiar más a fondo cómo el sistema olfativo codifica combinaciones de olores complejos y cómo esas señales son finalmente interpretadas por el cerebro. Las implicaciones de este estudio también van más allá de la comprensión actual de cómo el cerebro percibe los olores, incluida una nueva forma potencial de detectar candidatos a fármacos que afectan los tipos de receptores que funcionan en el sistema olfativo.
«Este documento es transformador con respecto a nuestra comprensión de cómo se codifican las mezclas de olores y destaca la notable complejidad de las interacciones olor / receptor», dijo Susan Sullivan, Ph.D., directora del programa, Instituto Nacional de Sordera y Otros Trastornos de las Comunicaciones (NIDCD ), parte de NIH y cofinanciador de este proyecto.
Además, varios trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, y enfermedades sistémicas como COVID-19, a menudo tienen pérdida del olfato como un síntoma temprano. Una mejor comprensión de los cambios que causan este síntoma podría ayudar en un sistema de detección temprana antes de la aparición de efectos más debilitantes.
Debido a que estudios como este implican recopilar información en más de 10,000 celdas durante largos períodos de tiempo, la cantidad de datos recopilados por el equipo fue enorme. El equipo tuvo que desarrollar nuevos métodos de análisis e incluso construir sus propias computadoras para manejar el cálculo.
«Estamos constantemente mejorando y refinando SCAPE, y las intensas colaboraciones interdisciplinarias como esta han sido esenciales para guiar estas innovaciones, ampliando aún más lo que podemos hacer con la técnica», dijo el Dr. Hillman, cuyo equipo está trabajando duro para compartir el SCAPE. sistema con tantos laboratorios como sea posible, tanto a través de interacciones directas, difusión y comercialización.
Uno de los objetivos de la Iniciativa BRAIN es acelerar el desarrollo y la aplicación de tecnologías innovadoras para estudiar el sistema nervioso. El método SCAPE fue desarrollado y refinado, en parte, gracias a la financiación a través de esta iniciativa.
Fuente: NIH / Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares
Referencia del diario: Xu, L. y col. (2020) Modulación generalizada dirigida por el receptor en la codificación olfativa periférica. Ciencia . doi.org/10.1126/science.aaz5390.
Vía: News-medical