Investigadores de Johns Hopkins utilizan la técnica ‘Zap-and-Freeze’ para estudiar la comunicación sináptica en tejido cerebral vivo

Investigadores de Johns Hopkins Medicine han desarrollado un método innovador conocido como “zap-and-freeze” que puede detectar una comunicación rápida entre las células cerebrales en tejidos vivos tanto de ratones como de humanos. Este enfoque innovador facilita el seguimiento de las interacciones que ocurren demasiado rápido para ser rastreadas con técnicas tradicionales. Los hallazgos de este estudio, publicado en Neuron y respaldado por los Institutos Nacionales de Salud, ofrecen potencial para desbloquear los mecanismos biológicos detrás de las formas no hereditarias de la enfermedad de Parkinson.

Los casos esporádicos de la enfermedad de Parkinson, que representan la mayoría de los casos diagnosticados, se caracterizan por alteraciones de la sinapsis, la pequeña unión donde se comunican las neuronas. Esta área es difícil de estudiar en detalle debido a su tamaño minúsculo y su rápida actividad, según Shigeki Watanabe, Ph.D., profesor asociado de biología celular en Johns Hopkins y autor principal del estudio. Watanabe expresó optimismo de que esta nueva técnica podría revelar similitudes y diferencias entre las formas hereditarias y no hereditarias de la enfermedad, lo que podría guiar futuros desarrollos terapéuticos para este trastorno neurodegenerativo.

En un cerebro sano, las vesículas sinápticas funcionan como pequeños vasos que transportan mensajes químicos entre neuronas, cruciales para procesos como el aprendizaje y la memoria. Watanabe señaló que conocer el comportamiento de estas vesículas en condiciones normales es esencial para identificar dónde ocurren las fallas de comunicación en las enfermedades neurológicas. Anteriormente desarrolló la técnica de zap-and-freeze, que utiliza un breve estímulo eléctrico seguido de una congelación rápida para registrar cambios dinámicos en las membranas sinápticas. Este método preserva las configuraciones precisas de las estructuras celulares para su posterior análisis mediante microscopía electrónica.

En investigaciones anteriores, Watanabe utilizó este método para estudiar ratones genéticamente modificados, centrándose en una proteína llamada intersectina, que desempeña un papel crucial en el mantenimiento de las vesículas sinápticas en lugares específicos hasta que se activan. En el estudio actual, el equipo examinó muestras de tejido cerebral cortical de ratones normales y de seis pacientes humanos que se sometieron a una cirugía de epilepsia en el Hospital Johns Hopkins, donde se extirparon las lesiones del hipocampo.

Inicialmente, el equipo verificó la eficacia de la técnica de zap-and-freeze en tejido de ratón mediante el seguimiento de la señalización del calcio, que es esencial para la liberación de neurotransmisores. Captaron con éxito el momento de la fusión de las vesículas sinápticas con la membrana neuronal y documentaron la posterior recuperación y reciclaje de estas vesículas, un proceso conocido como endocitosis. Sorprendentemente, observaron una dinámica idéntica de reciclaje de vesículas en las muestras de tejido humano.

La investigación identificó una proteína clave, Dynamin1xA, en los tejidos cerebrales de ambas especies, vital para el reciclaje ultrarrápido de las membranas sinápticas. Esta similitud sugiere que los mecanismos en ratones se parecen mucho a los de los humanos, lo que fortalece la validez del uso de modelos de ratón en la investigación de la biología del cerebro.

De cara al futuro, Watanabe pretende adaptar el método de zap-and-freeze para examinar tejido cerebral recolectado de personas con enfermedad de Parkinson sometidas a estimulación cerebral profunda. Este estudio posterior tiene como objetivo dilucidar las diferencias en la dinámica de la vejiga en las neuronas afectadas.

El estudio recibió financiación de múltiples fuentes, incluidas varias subvenciones de los NIH, incluido el Instituto Médico Howard Hughes y la Iniciativa Chan Zuckerberg. Los colaboradores del estudio incluyeron un equipo de Johns Hopkins y expertos de la Universidad de Leipzig en Alemania.