Ignacio Goett – Página 38

Logran cultivar neuronas maduras en el laboratorio para estudiar enfermedades neurodegenerativas

Mediante una matriz extracelular artificial, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña y de la Universidad de Barcelona han logrado por primera vez madurar neuronas a partir células madre humanas. El avance abre la vía a nuevas investigaciones sobre enfermedades neurológicas y al desarrollo de fármacos más efectivos.

Científicos del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y de la Universidad de Barcelona (UB) han logrado crear las primeras neuronas altamente maduras a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) humanas usando un material sintético, lo que abre nuevas oportunidades para la investigación médica y posibles terapias para enfermedades neurodegenerativas y lesiones traumáticas. Los resultados se publican en la revista Cell Stem Cell.

“Se trata de la primera vez que se logra madurar neuronas derivadas de iPSC humanas con una matriz sintética. Esta plataforma permitirá a los laboratorios disponer de neuronas maduras humanas para estudiar múltiples enfermedades neurológicas y desarrollar nuevas terapias”, comenta la coautora Zaida Álvarez, investigadora Ramón y Cajal en el IBEC.

Hasta ahora, se había logrado generar neuronas a partir de células madre pluripotentes inducidas, pero estas neuronas presentaban un grado de madurez funcional insuficiente, similar al de neuronas en etapas tempranas de desarrollo. Esto limitaba su capacidad para investigar enfermedades neurodegenerativas, ya que son las neuronas adultas las que degeneran.

Con la capacidad de cultivar neuronas maduras en el laboratorio permitirá estudiar mejor las enfermedades neurodegenerativas. / Fotolia

La maduración ineficiente de las neuronas diferenciadas a partir de iPSC, se debía en parte a la falta de señales que se encuentran en el entorno de las neuronas, la matriz extracelular.

En este contexto, la matriz extracelular es esencial para el desarrollo de células en el laboratorio, ya que proporciona soporte estructural, regula la señalización y diferenciación celular, mantiene su integridad y proporciona un ambiente adecuado para el crecimiento celular.

La técnica de las «moléculas bailarinas»

Para recrear la matriz extracelular y lograr una maduración y funcionalidad similar a las neuronas del sistema nervioso en condiciones fisiológicas, los investigadores utilizaron «moléculas bailarinas«, una técnica revolucionaria presentada el año pasado por los investigadores Zaida Álvarez del IBEC y Samuel I. Stupp de la Universidad de Northwestern (EE UU).

El primer paso fue diferenciar las iPSC humanas en neuronas motoras y corticales para posteriormente colocarlas en nanofibras compuestas por «moléculas bailarinas», donde los investigadores observaron que la capacidad de señalización y de ramificación de las neuronas había mejorado, lo que permitía que se generaran mejores contactos sinápticos entre sí.

Los investigadores creen que, al avanzar la edad de las neuronas en cultivos celulares, se podrán mejorar los experimentos para comprender mejor las enfermedades de aparición tardía.

“Contar con neuronas maduras en el laboratorio es esencial para avanzar en la comprensión de enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, el párkinson o la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y en el desarrollo de terapias eficaces y seguras”, comenta otro de los autores, Alberto Ortega, investigador Ramón y Cajal de la UB.

Para desarrollar las neuronas maduras, los investigadores utilizaron nanofibras compuestas por «moléculas bailarinas», un material que Zaida Álvarez desarrolló en el laboratorio de Stupp como un tratamiento potencial para lesiones agudas de la médula espinal.

En investigaciones anteriores publicadas en la revista Science, la investigadora descubrió cómo cambiar el movimiento de las moléculas para que puedan encontrar y conectarse de manera más eficiente a los receptores celulares que están en constante movimiento.

Cultivos de neuronas mejorados

En el nuevo estudio, Zaida Álvarez y Alberto Ortega encontraron que las nanofibras con mayor movimiento molecular dieron lugar a mejoras en los cultivos de neuronas humanas. En otras palabras, las neuronas cultivadas en estos materiales sintéticos más dinámicos mostraron una mayor madurez, con menos agregación y con una señalización más intensa.

«Creemos que esto funciona porque los receptores se mueven muy rápido en la membrana celular y las moléculas de señalización de nuestros andamios también se mueven muy rápido», explica Stupp, director del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología (SQI) y profesor distinguido Severo Ochoa en el IBEC.

Como parte de la investigación, se tomaron células de piel de un paciente con ELA y las convirtieron en neuronas motoras específicas del paciente, el tipo celular afectado en esta enfermedad neurodegenerativa. Estas neuronas se cultivaron durante dos meses en los materiales sintéticos para desarrollar características propias de la enfermedad de la ELA.

“Esto no solo ha proporcionado una nueva ventana para estudiar la ELA, sino que este sistema también se podrá utilizar para estudiar y probar posibles terapias en otras enfermedades neurológicas”, comenta Evangelos Kiskinis, profesor de neurología y neurociencia en la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern e investigador Robertson de la New York Stem Cell Foundation.

Esperanzas de tratamientos futuros

Más adelante, estas neuronas altamente funcionales, gracias al material sintético, podrían trasplantarse en pacientes con pérdida de neuronas, por lesión de la médula espinal o enfermedad, lo que podría restaurar la cognición o las sensaciones perdidas.

Además, debido a que las células iniciales podrían provenir del mismo paciente, las neuronas derivadas y trasplantadas no generarían rechazo.

Fuente: IBEC y SINC.

De cerebro a cerebro: ¿Se acerca el sueño de la comunicación telepática?

POR María Ximena Perez para AGENCIA DE NOTICIAS CIENTÍFICAS UNQ

A través de una interfaz tecnológica cerebro-máquina puede darse la comunicación entre mentes. Algunos avances en este campo científico.

La capacidad hipotética de comunicarse con la mente, es decir, la telepatía, o transmisión del pensamiento, es uno de los temas que más llama la atención de los científicos de todo el mundo, no solo por el misterio de su etiología, sino también por las numerosas especulaciones que se tejen a su alrededor. En ese sentido, a pesar de ser varias las teorías que se elaboraron para explicar el fenómeno, ninguna parece ofrecer una explicación científicamente satisfactoria.

En este marco, el mundo de la tecnología lleva tiempo abrazando la idea de transferir pensamientos y emociones directamente del cerebro a las máquinas. De hecho, existen varios estudios donde, a través de un instrumento tecnológico, la comunicación de cerebro a cerebro, es posible.

Al combinar neuroimágenes y neuroestimulación, dos cerebros se pueden comunicar directamente a través de la codificación neuronal. Crédito: Psicoactiva.

Un estudio de la Universidad de Washington logró utilizar la interfaz directa de cerebro a cerebro (BBI, por sus siglas en inglés) para intercambiar información entre los cerebros de dos personas. El experimento mostró que dos cerebros humanos pueden vincularse directamente y permitir que una persona adivine lo que está en la mente de la otra. La tecnología para hacerlo combinó neuroimágenes y neuroestimulación para permitir que los cerebros se comuniquen directamente a través de la codificación neuronal. Con BBI, el contenido de un cerebro “emisor” se extrajo de sus señales neuronales, se digitalizó y luego se volvió a codificar en un cerebro “receptor” como actividad neuronal inducida. A través de este método, parejas de participantes pudieron jugar un juego de preguntas y respuestas transmitiendo señales desde sus cerebros a través de Internet.

¿Cómo se llevó a cabo el experimento?

El primer participante (el “encuestado”) estaba equipado con una gorra conectada a una máquina de electroencefalografía (EEG) que registraba su actividad cerebral. Luego se les mostró un objeto, por ejemplo, un perro, y al segundo participante (el “indagador”) se le mostró una lista de posibles objetos y preguntas asociadas. Con el clic de un mouse, el investigador envió una pregunta al encuestado, quien tuvo la tarea de responder la pregunta simplemente enfocándose en una de las dos luces LED, una de las cuales representaba una respuesta negativa y otra representaba una confirmación. Una respuesta de “no” o “sí” envió una señal a Internet y activó una bobina magnética detrás de la cabeza del solicitante. Sin embargo, sólo una respuesta de “sí” pudo crear un estímulo lo suficientemente fuerte como para activar la corteza visual del investigador. Luego pudieron ver un destello de luz llamado fosfeno, que pudo verse como una gota, ondas o una línea.

Los experimentos se realizaron en laboratorios oscuros a casi una milla de distancia e involucraron a cinco pares diferentes de participantes. En general, pudieron adivinar el objeto correcto en el 72 por ciento de los juegos reales.

Leer una mente

El sistema nervioso está compuesto por millones de neuronas que se comunican enviando señales químicas llamadas neurotransmisores. Cuando una neurona recibe una de estas señales emite una mínima corriente eléctrica, y al ser millones de neuronas, el cerebro emite constantemente millones de corrientes eléctricas que pueden ser “leídas” con aparatos especiales. En ese sentido, la tecnología evolucionó al punto en el que el electroencefalograma y la resonancia magnética leen y “mapean” estas corrientes en el cerebro.

En otro experimento realizado por un equipo de investigadores, también de la Universidad de Washington, tres personas, que llevaban capuchas especiales que podían ‘leer’ sus cerebros, lograron completar un partido de Tetris sin comunicarse entre sí de ninguna otra manera.

Los instrumentos utilizados registraron el electroencefalograma, es decir, las señales eléctricas producidas por el cerebro, y realizaron una estimulación magnética transcraneal para activar determinadas áreas cerebrales desde fuera. En el experimento, dos personas colocadas frente a la pantalla del juego tuvieron que enviar instrucciones sobre cómo jugar a una tercera persona, quien decidía concretamente qué movimientos hacer.

Hace unos años, el fundador y CEO de Facebook, Mark Zuckerberg, dijo: “Algún día seremos capaces de enviarnos pensamientos complejos los unos a los otros de manera directa, usando tecnología. Bastará pensar en algo, y tus amigos podrán compartir la experiencia contigo de manera inmediata, si tú quieres”. No se refería, evidentemente, a la telepatía sino a una comunicación directa entre cerebros conectados por internet.

No parecería, entonces, que el ser humano esté tan lejos de lograrlo. Aunque la posibilidad de que la intimidad de la propia mente pueda ser objeto de espionaje, resulta, al menos, un poco inquietante.

Fuente: Agencia de Noticias Científicas UNQ

Descubren neuronas ‘cantarinas’ que solo se activan en nuestro cerebro con el canto

Por Alicia Moreno para SINC.

Un equipo de neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts ha identificado, por primera vez, una población de neuronas en la corteza auditiva del cerebro humano que responde únicamente a la voz cantada, y no a la voz hablada o la música instrumental.

Por primera vez, neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts en EE UU (MIT) han identificado una población de neuronas en el cerebro humano que se ilumina cuando oímos cantar, pero no otros tipos de música.

Estas neuronas, que se encuentran en la corteza auditiva, parecen responder a la combinación específica de voz y música (o voz melodiosa cantada), pero no al habla normal ni a la música instrumental. Los investigadores afirman que se desconoce qué es lo que hacen exactamente y que habrá que seguir trabajando para descubrirlo.

“Este estudio revela algunas de las dimensiones de respuesta dominantes que organizan el córtex auditivo humano, lo cual es muy importante para comprender y modelar los mecanismos neurales del procesamiento auditivo”, señala a SINC el primer firmante del estudio, Samuel Norman-Haignere, antiguo posdoc del MIT y ahora profesor asistente de neurociencia en el Centro Médico de la Universidad de Rochester (EE UU).

Neuronas corticales. / Wikimedia Commons

“El trabajo también sugiere que las representaciones de la música se fraccionan en poblaciones neuronales distintas que responden selectivamente a diferentes tipos de música. Entender cómo y por qué se desarrolla esta organización es una cuestión importante para futuras investigaciones”, añade el experto.

El estudio, que se publica hoy en la revista Current Biology, se basa en un trabajo de 2015 en el que el mismo equipo de investigación utilizó imágenes de resonancia magnética funcional (RMNf) para identificar una población de neuronas en la corteza auditiva del cerebro que responde específicamente a la música. En la nueva investigación, los científicos utilizaron mediciones de la actividad eléctrica tomadas en la superficie del cerebro, lo que les proporcionó información mucho más precisa que la RMNf.

“Hay una población de neuronas que responde al canto, y muy cerca hay otra que responde ampliamente a gran cantidad de música. A escala de la RMNf, están tan cerca que no se pueden separar, pero con las mediciones intracraneales obtenemos una resolución adicional, y eso es lo que creemos que nos permitió distinguirlas”, comenta Norman-Haignere.

Combinación de técnicas

En el estudio de 2015, los neurocientíficos utilizaron la RMNf para escanear los cerebros de los participantes mientras escuchaban una colección de 165 sonidos, entre los que se encontraban diferentes tipos de habla y música, así como sonidos cotidianos como el repiqueteo de un dedo o el ladrido de un perro. Gracias a esta investigación, los científicos identificaron seis poblaciones neuronales con diferentes patrones de respuesta, incluida una población selectiva para la música y otra población que responde selectivamente al habla.

Ahora, en su nuevo trabajo, los investigadores usaron una técnica conocida como electrocorticografía (ECoG), con el fin de obtener datos de mayor resolución. Esta técnica permite registrar la actividad eléctrica mediante electrodos colocados directamente sobre la superficie del cerebro, lo que ofrece una imagen mucho más precisa de la actividad eléctrica en el cerebro en comparación con la RMNf, que mide el flujo sanguíneo en el cerebro como indicador de la actividad neuronal.

“Con la mayoría de los métodos de la neurociencia cognitiva humana, no se pueden ver las representaciones neuronales”, explica Nancy Kanwisher, catedrática de neurociencia cognitiva y miembro del Instituto McGovern de Investigación Cerebral y del Centro de Cerebros, Mentes y Máquinas (CBMM) del MIT. “La mayor parte de los datos que podemos recoger nos dicen que aquí hay un trozo de cerebro que hace algo, pero eso es bastante limitado. Queremos saber qué está representado ahí”.

La electrocorticografía no puede realizarse normalmente en seres humanos porque es un procedimiento invasivo, pero se utiliza a menudo para controlar a los pacientes con epilepsia que están a punto de someterse a una cirugía para tratar sus convulsiones. Las personas son monitorizadas durante varios días para que los médicos puedan determinar dónde se originan los ataques antes de operar. Durante ese tiempo, si los pacientes están de acuerdo, pueden participar en estudios que consisten en medir su actividad cerebral mientras realizan determinadas tareas. Para este trabajo, el equipo del MIT pudo reunir datos de 15 participantes durante varios años.

“La ECoG proporciona una medida mucho más precisa de la respuesta neural, pero las oportunidades de registrar respuestas son escasas y la cobertura es mucho peor que la RMNf, ya que los electrodos se implantan por razones clínicas (principalmente para localizar los focos de ataques epilépticos)”, explica a SINC Norman-Haignere. “Una de las innovaciones metodológicas del estudio fue desarrollar una técnica para combinar la precisión de la ECoG con la densa cobertura espacial de las respuestas de la RMNf”, añade.

Descubrimiento de una nueva población neuronal

Para estos participantes, los investigadores reprodujeron el mismo conjunto de 165 sonidos que utilizaron en el estudio previo. La ubicación de los electrodos de cada paciente fue determinada por sus cirujanos, por lo que algunos no captaron ninguna respuesta a la entrada auditiva, pero muchos sí. Mediante un novedoso análisis estadístico que desarrollaron, los expertos pudieron inferir los tipos de poblaciones neuronales que producían los datos registrados por cada electrodo.

“Cuando aplicamos este método al conjunto de datos, surgió este patrón de respuesta neuronal que solo respondía al canto. Fue un hallazgo que realmente no esperábamos, así que justifica en gran medida el objetivo del método, que es revelar cosas potencialmente novedosas”, afirma Norman-Haignere.

Esa población de neuronas tenía respuestas muy débiles al habla o a la música instrumental, y por lo tanto es distinta de las poblaciones selectivas para la música y el habla identificadas en la investigación realizada en 2015.

“En nuestro estudio anterior, descubrimos seis patrones de respuesta diferentes, dos de los cuales respondían selectivamente al habla y a la música, y cuatro de los cuales tenían respuestas que se correlacionaban con medidas acústicas estándar (por ejemplo, la frecuencia del sonido). Aquí, además, descubrimos una respuesta neural que respondía selectivamente al canto”, destaca el experto.

Música en el cerebro

En la segunda parte de su estudio, los investigadores idearon un método matemático para combinar los datos de las tomas intracraneales con los datos de RMNf de su estudio de 2015. Dado que la resonancia puede abarcar una porción mucho mayor del cerebro, esto les permitió determinar con mayor precisión las ubicaciones de las poblaciones neuronales que responden al canto.

“Esta forma de combinar la ECoG y la RMNf es un avance metodológico importante”, afirma Josh McDermott, profesor asociado del departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT. “Mucha gente ha estado haciendo ECoG en los últimos 10 o 15 años, pero siempre ha estado limitado por este problema de la escasez de las grabaciones. Samuel Norman-Haignere es realmente la primera persona que descubrió cómo combinar la resolución mejorada de los registros de electrodos con los datos de RMNf para obtener una mejor localización de las respuestas globales”.

Esta población de neuronas selectivas al canto se encuentra en la parte superior del lóbulo temporal, cerca de las regiones que son selectivas para el lenguaje y la música. Su localización sugiere que estas neuronas pueden responder a rasgos como el tono percibido, o la interacción entre las palabras y el tono percibido, antes de enviar la información a otras partes del cerebro para su posterior procesamiento, explican los científicos.

Los investigadores esperan aprender más sobre qué aspectos del canto impulsan las respuestas de estas neuronas. Además, junto con el laboratorio de la profesora del MIT, Rebecca Saxe, pretenden estudiar si los bebés tienen áreas selectivas para la música, con la esperanza de conocer más sobre cuándo y cómo se desarrollan estas regiones del cerebro.

Referencia: Samuel Norman-Haignere et al. (2022) “A neural population selective for song in human auditory cortex”. Current Biology. DOI: 10.1016/j.cub.2022.01.069

Fuente: SINC.