Más de un siglo después del descubrimiento de las neuronas por parte del neuroanatomista Santiago Ramón y Cajal, los investigadores siguen profundizando en el conocimiento del cerebro y su desarrollo. En un artículo publicado el 5 de abril en Science Advances, un equipo del Institut Pasteur (El Institut Pasteur es una fundación privada francesa sin ánimo de lucro que…) y el CNRS, en colaboración con la Universidad de Harvard (L Harvard University (Universidad de Harvard ), o más simplemente Harvard, es un…), aporta nuevos elementos que iluminan el modo de interacción (Una interacción es un intercambio de información, afecto o energía entre dos agentes dentro de…) células de las capas externas del cerebro después del nacimiento, cuando se forma el cerebelo (El cerebelo es una estructura importante del cerebro (corteza trilaminar), ubicada debajo…), región del cerebro ubicada en la parte posterior del cráneo. Los investigadores han demostrado una nueva forma de conectar células precursoras de neuronas a través de tubos nanoscópicos, incluso antes de la aparición de las sinapsis, zonas clásicas de conexión entre neuronas.
Identificación de túneles que conectan neuronas en el cerebro en desarrollo Reconstrucción 3D de las capas corticales externas del cerebelo en ratones usando microscopía electrónica volumétrica y segmentación para ser segmentado…) de imagen. En rojo: conexión entre células neuronales durante el desarrollo posnatal temprano.
© Diego Cordero / Unidad de Patogénesis y Tráfico de Membranas, Institut Pasteur
En 2009, el equipo de Chiara Zurzolo (Unidad de Patogénesis y Tráfico de Membranas del Institut Pasteur) identificó un nuevo mecanismo de comunicación directa entre células neuronales en cultivo a través de estructuras denominadas «nanotubos» o «túneles nanoscópicos». Estos están involucrados en la propagación de varias proteínas tóxicas que se acumulan en el cerebro durante las enfermedades neurodegenerativas. Por lo tanto, los nanotubos representan un objetivo apropiado para el tratamiento de estas enfermedades o cánceres.
Este nuevo estudio ofrece una primera visualización de los túneles nanoscópicos que conectan las células precursoras en el cerebro a medida que se transforman en neuronas, específicamente en la región del cerebelo, una región involucrada en el mantenimiento del equilibrio y la postura y que evoluciona después del nacimiento. Estos túneles, aunque de tamaño similar, difieren entre sí en su forma: algunos están ramificados, algunos están envueltos por las células que conectan y otros están expuestos a su entorno local. Los autores sugieren que estas conexiones intercelulares podrían permitir el intercambio de moléculas favoreciendo la migración física (Física (del griego φυσις, naturaleza) es etimológicamente la…) de las células preneuronales a través de las distintas capas cerebrales, hasta su destino final. destino durante el desarrollo del cerebro.
Curiosamente, estas conexiones muestran similitudes anatómicas con los puentes que se forman al final de la división celular. “Estas conexiones intercelulares aparecen durante la división celular y persisten durante su migración. En este sentido, este estudio contribuye a esclarecer el desarrollo del cerebro. Por otro lado, las conexiones que se establecen tras la división celular podrían permitir un intercambio directo entre células. más allá de las conexiones sinápticas tradicionales, lo que revolucionaría nuestra comprensión de la conectividad cerebral. Demostramos que no solo hay sinapsis que permiten que las células se comuniquen dentro del cerebro, sino también estos nanotubos”, dice Chiara Zurzolo, autora principal del estudio y directora del Unidad de Patogénesis y Tráfico de Membranas (Institut Pasteur / CNRS).
Visualización del volumen 3D del cerebelo de ratón en desarrollo reconstruido mediante microscopía electrónica de barrido de sección en serie. Ejemplo de células granulares segmentadas en 3D que se muestran en verde y naranja, con núcleos en azul y morado respectivamente, y mitocondrias en amarillo. Se puede ver una conexión delgada que conecta las dos células entre las células en cian, con subcompartimentos unidos al tubo que contiene las mitocondrias, que se muestran en rosa.
© Diego Cordero / Unidad de Patogénesis y Tráfico de Membranas, Institut Pasteur
Para lograr estos resultados, los investigadores estudiaron cómo las regiones del cerebro se comunican entre sí, utilizando un método de microscopía electrónica tridimensional (3D) utilizando células cerebrales de modelos de ratones. Esta técnica de imagen proporciona la reconstrucción de mapas de redes neuronales de muy alta resolución. El volumen del cerebelo 3D modelado y utilizado para el estudio contiene más de 2000 células. «Para comprender realmente el comportamiento de las células en un entorno tridimensional y mapear la ubicación y distribución de estos túneles, es necesario reconstruir todo un ecosistema del cerebro, lo que requiere esfuerzos colosales y el trabajo de una veintena de personas durante 4 años», dijo Diego Cordero, primer autor del estudio.
Ante la multiplicidad de células cerebrales, los investigadores utilizaron una herramienta de inteligencia artificial para distinguir automáticamente las capas corticales. Además, desarrollaron un programa de código abierto llamado CellWalker para caracterizar morfológicamente segmentos 3D. El bloque de tejido se reconstruye así a partir de imágenes de secciones del cerebro. Este programa, disponible de forma gratuita, permitirá a los investigadores analizar de forma rápida y sencilla la compleja información anatómica contenida en este tipo de imágenes microscópicas.
El siguiente paso será identificar la función biológica de estos túneles celulares para entender su papel en el desarrollo del sistema nervioso central y en otras regiones del cerebro, así como su función en las comunicaciones entre células cerebrales en enfermedades neurodegenerativas y cánceres. Las herramientas informáticas desarrolladas se pondrán a disposición de otros equipos de investigación (Investigación científica designa principalmente todas las acciones emprendidas con vistas a…) en todo el mundo.
Publicación
La reconstrucción en 3D de la capa germinal del cerebelo revela conexiones de túneles entre las células granulares en desarrollo, Science Advances, 5 de abril de 2023.
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