Una nueva tecnolog¨ªa pretende monitorizar las neuronas de manera simult¨¢nea y en tiempo real

El cerebro humano realiza del orden de 10.000 millones de operaciones por segundo como resultado de la actividad de m¨¢s de 80.000 millones de neuronas. Registrar la actividad de tan solo un 10% de estas c¨¦lulas es un desaf¨ªo para la ciencia.?La monitorizaci¨®n de su actividad el¨¦ctrica se realiza, de forma habitual, utilizando matrices de microelectrodos. Sin embargo, en un estudio publicado este viernes en la revista Science Advances, los fotones aparecen como la mejor alternativa, seg¨²n explica Liset Men¨¦ndez de la Prida, investigadora del Instituto Cajal del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas (CSIC). Gracias a la caracter¨ªstica electromagn¨¦tica de esta part¨ªcula, la sonda creada por los investigadores recibe se?ales ¨®pticas de todo el sistema. Esta nueva tecnolog¨ªa permite leer la actividad del ¨®rgano con el objetivo de construir nuevas tecnolog¨ªas para diagnosticar las enfermedades.

Por ahora, los investigadores de la Universidad de California Santa Cruz han probado su concepto in vitro sobre cardiomiocitos cultivados, las c¨¦lulas excitables del coraz¨®n con propiedades parecidas a las neuronas, a las cuales va dirigido este trabajo. La tecnolog¨ªa utilizada son unas sondas nanosc¨®picas que no necesitan ning¨²n cable electr¨®nico y transmiten resultados de una regi¨®n muy amplia en alta resoluci¨®n. Estas herramientas diminutas permiten detectar las oscilaciones de los electrones que se generan en dos materiales. Esta nube de part¨ªculas muy sensible, con una carga el¨¦ctrica elemental negativa, est¨¢ estimulada por la luz y de ah¨ª, se pueden leer las corrientes el¨¦ctricas.

Las sondas actuales consiguen 200 medidas cuando este descubrimiento puede alcanzar diez millones de mediciones

El sistema convierte por lo tanto esta actividad el¨¦ctrica en se?ales ¨®pticas para interpretar el comportamiento de las c¨¦lulas excitables (cardiomiocitos o neuronas) con mayor facilidad y mayor amplitud. Seg¨²n Ali Yanik, principal autor de este estudio e investigador de la universidad americana, los sistemas actuales del mercado, basados en microelectrodos, solo permiten realizar de 200 a 1.000 medidas, cuando su descubrimiento, mediante la c¨¢mara y la luz, puede llegar a millones de mediciones. ¡°Nunca se hab¨ªa hecho antes. Con los cardiomiocitos queremos, en primer lugar, demostrar que funciona. La se?al el¨¦ctrica de las c¨¦lulas tiene un modelo tan particular que decidimos crear algo que nos permitir¨ªa verla¡±, sostiene el experto.

Pero transformar la corriente el¨¦ctrica?de las c¨¦lulas en se?ales lum¨ªnicas genera un problema. Los cient¨ªficos reciben una masa de informaci¨®n colosal en un mismo bloque que tienen que deconstruir para identificar cada c¨¦lula de manera individual. Men¨¦ndez de la Prida asegura que supone un reto para el an¨¢lisis que seguramente precisar¨¢ de t¨¦cnicas de inteligencia artificial para extraer esa ingente cantidad de informaci¨®n.

El dispositivo podr¨¢ desarrollar mejoras en el diagn¨®stico y tratamiento de diversas enfermedades tumorales

La experta reconoce que este estudio es una novedad en la neurociencia y cuyos hallazgos son fundamentales.?Actualmente, para utilizar la luz en el cerebro con el fin de leer la actividad neuronal, explica, es necesario que se exprese una prote¨ªna fluorescente lo que implica un cambio gen¨¦tico.?¡°No sabemos a¨²n qu¨¦ consecuencias puede suponer esto como para arriesgarnos y trasladarla al ser humano¡±, a?ade.?Pero las sondas ¨®pticas de Yanik utilizan se?alizaci¨®n de fluorescencia, un t¨¦cnica extracelular que no requiere modificaciones gen¨¦ticas.

Por otro lado, para leer y entender el circuito neuronal hace falta implantar el electrodo en el ¨®rgano pero es invasivo y no modifica ni afecta la actividad natural. ¡°Es una nueva manera de leer y de explotar la luz y su interacci¨®n con el tejido cerebral¡±, explica la cient¨ªfica, ¡°aunque es cierto que, para no invadir en absoluto este ¨®rgano, tendr¨ªamos que desarrollar una t¨¦cnica para leer a distancia¡±.?

Los investigadores europeos utilizan similitudes del descubrimiento de Yanik para las neuronas y a aplicaciones in vivo. Financiado por la Comisi¨®n Europea con unos 3,5 millones de euros durante los pr¨®ximos cuatro a?os, el CSIC y del Centro Nacional de Investigaciones Oncol¨®gicas (CNIO), llevan a cabo el proyecto NanoBright, que tambi¨¦n usa la luz para estudiar este ¨®rgano tan complejo. La investigadora Men¨¦ndez De la Prida, promotora del proyecto junto a los cient¨ªficos Manuel Valiente del CNIO y Ferruccio Pisanello del Instituto Italiano de Tecnolog¨ªa, asegura que con este sistema quieren entender el microambiente de las regiones cerebrales afectadas por ciertas enfermedades neurol¨®gicas.

¡°Queremos?detectar los cambios que se generan alrededor de las lesiones ocasionadas por traumatismos o tumores y los elementos que los hacen crecer¡±, detalla. La luz, elemento clave de los dos proyectos, tambi¨¦n puede permitir elevar localmente la temperatura del tejido y as¨ª abrir la barrera hematoencef¨¢lica facilitando la entrada de f¨¢rmacos. El dispositivo podr¨¢ dirigir la luz de forma precisa y generar una interacci¨®n f¨ªsica con las c¨¦lulas para leer sus propiedades y as¨ª desarrollar mejoras en el diagn¨®stico y tratamiento de diversas enfermedades como la epilepsia y tumores.