¿Conoces la técnica Brainbow que permite ver un cerebro lleno de colores? La neurociencia es una ciencia interdisciplinaria, en la que no solo se estudia la estructura y morfología del cerebro, sino también el impacto de anomalías en el sistema nervioso. Ahora bien, este estudio no sería posible sin la revolución de las técnicas de neuroimagen. Herramientas que nos permiten observar imágenes en vivo del sistema nervioso central y del cerebro. Y todo esto, sin tener que llevar a cabo una operación quirúrgica. Pero, ¿qué suponen? Entender que el cerebro es más complejo de lo que se piensa. Ahora bien, este gran órgano mantiene una actividad dinámica semejante a una red donde unas áreas se conectan con otras. Un campo de interconexiones neuronales. Aspecto muy estudiado por los neurocientíficos dado el misterio de cómo funciona el mapa conectómico neural. A continuación, la técnica Brainbow: Un cerebro de colores.

¿Qué es el Brainbow?

Conexiones neuronales. Imagen obtenida de: https://gacetamedica.com/wp-content/uploads/2020/01/2278809.jpg

Imaginemos nuestro cerebro como una urbanización, los caminos y carreteras que llevan a cada una de las casas serían las conexiones sinápticas. Los vecinos del barrio serían las neuronas.

Por ende, cada una de las neuronas se conectaría con las demás por medio de las conexiones sinápticas. Ahora bien, esta analogía solo es una visión global del complejo circuito de los procesos neuronales.

Sin embargo, ¿y si queremos ser más específicos? Si nuestro objetivo fuera identificar células individuales, diferenciándolas del resto de neuronas vecinas, utilizaríamos la técnica Brainbow.

El sistema se probó inicialmente en zonas del encéfalo, como la capa granular del cerebelo. Logrando información sobre el tipo de células, contactos sinápticos, forma y disposición de las fibras musgosas en este nivel.

Ahora bien, antes que nada, si no nos suena el término, en inglés se traduce como brain (cerebro) y rainbow (arcoíris). Esto ya aporta una pista de cómo funciona el método de diferenciación celular. Por si cupiera alguna duda, básicamente, tintando las células de diversos colores.

Una paleta con todos los colores

Brainbow: Un cerebro de colores. Imagen obtenida de: https://www.researchgate.net/profile/Artur-Palasz/publication/261732171/figure/fig3/AS:387687430279174@1469443294452/The-Brainbow-imaging-of-the-rat-hippocampus-neuronal-population-courtesy-of-Dr-Jeff_Q640.jpg

Para lo anterior, se necesita un marcaje fluorimétrico selectivo que utiliza la combinación de proteínas fluorescentes (proteínas roja (Red Fluorescent Protein, RFP), azul cian (Cyan Fluorescent Protein, CFP), verde (Green Fluorescent Protein, GFP), amarilla (Yellow Fluorescent Protein, YFP), naranja (Orange Fluorescent Protein, OFP), etc.).

De esta forma, y dado que cada neurona expresa cantidades variables de derivados fluorescentes, tomarían una tonalidad específica. Haciendo que se viera el cerebro desde decenas de colores.

Ahora, podemos preguntarnos, ¿cuántos tipos de colores podemos ver utilizando la técnica?

Lo cierto es que, con un microscopio óptico, se pueden estudiar todos los colores que permita la combinación de proteínas fluorescentes, dependiendo del número de copias del transgén introducidas.

¿Para qué sirve la técnica Brainbow?

Esta técnica de identificación y etiquetación celular tiene numerosas aplicaciones. Por ejemplo, rastrear axones a través del sistema nervioso, seguir células individuales durante el desarrollo o analizar el linaje celular.

Brainbow: Un cerebro de colores.  Imagen obtenida de Bas et al. (2012).
(a) Imágenes de Brainbow que muestran un haz de axones de neuronas motoras. (b) Mapa de bordes estimado de la pila de imágenes. (c) Vista ampliada de un solo corte de la región representada por un recuadro rojo en (a). (d) Misma región después de la eliminación de ruido bilateral 3D. Imagen obtenida de Bas et al. (2012).

El colorido sistema permite observar interacciones (a corta y larga distancia) entre células gliales vecinas. Como los astrocitos, la glia de Bergmann del cerebelo y las células de Schwann. Así pues, permite recabar información importante de circuitos. Tanto dentro como entre regiones cerebrales.

Asimismo, la presente técnica de ingeniería genética tiene una amplia aplicabilidad. De forma que se adapta para diferentes tejidos y organismos como ratones, ratas, polluelos, peces cebra y plantas, entre otros.

En la actualidad, se emplea con el gusano Caenorhabditis elegans y la mosca de la fruta Drosophila melanogaster.

Asimismo, el Brainbow supone un avance en el estudio de neurobiología, la biología del desarrollo, cáncer y células madre.

Tal es así, que su utilidad logra análisis de sistemas biológicos más completos cuando se combina con computación y genómica, por ejemplo.

Así pues, este llamativo etiquetado multicolor, desarrollado por el equipo de Jeff W. Lichtman y Joshua R. Sanes, permite obtener información estereológica y simulaciones electrofisiológicas.

Futuros objetivos de Brainbow

Las numerosas conexiones que capta pueden servir de estudio de patrones que subyacen a trastornos del comportamiento, como la esquizofrenia y el autismo, entre otros. Y es que, las causas principales de dichos cuadros pueden incluir variantes genéticas o ambientales. Un aspecto que afectaría a cascadas moleculares. Con lo que, podría decirse que ciertos trastornos serían una especie de “conectopatías”.

Técnica de Brainbow en célula. Imagen obtenida de: https://els-jbs-prod-cdn.jbs.elsevierhealth.com/pb/assets/raw/products/pictureshow/brainbow/image003.png

Por otro lado, también es línea de investigación el seguimiento en animales de cómo este cableado neuronal podría cambiar a lo largo del tiempo.

Varios ejemplos de ello incluyen el estudio del envejecimiento, el proceso compensatorio tras una lesión del sistema nervioso y los cambios que existen en el período crítico del posparto temprano.

Ahora bien, ningún método está libre de posibles mejoras. En este caso, en la técnica Brainbow, a largo plazo, posibles líneas de mejora englobarían la separación espectral, la recogida de la velocidad de posicionamiento y la sensibilidad del detector.

Y esto, conllevaría una mayor precisión a la hora de su utilización. No con lo anterior, uno de los principales defectos de Brainbow es la poca fluorescencia de algunos colores, lo que implica más tiempo en el rastreo.

¿Qué es Tetbow?

Tetbow: Cableado cerebral. Imagen obtenida de Sakaguchi et al. (2018).
Las células M/T en el bulbo olfatorio se marcaron con Tetbow. Cada célula mitral se resalta con colores únicos que facilitan la identificación de neuronas individuales en alta resolución. Las señales en los somas de células M/T se saturan intencionalmente para que los detalles finos de las dendritas se visualicen mejor. Imagen obtenida de Sakaguchi et al. (2018).

Se ha diseñado recientemente una herramienta que permite observar el cableado cerebral en tres dimensiones llamada Tetbow.

Sakaguchi et al. (2018) elaboraron este método de etiquetado multicolor más brillante suponiendo una expresión mejorada.

Pues, aunque las técnicas de marcado multicolor y limpieza de tejidos son muy útiles para estudiar el cerebro, comparten una limitación: Los colores fluorescentes no son lo suficientemente brillantes para rastrear largas extensiones.

Ahora, para mejorar aún más el rendimiento del rastreo (incluyendo los extremos del axón), será importante mejorar los métodos de etiquetado para llenar las delgadas fibras neuronales.

Así pues, de lo que no cabe duda es que, lo más óptimo para la conectómica conllevará la utilización de diversas técnicas.

Entre estas, no solo se incluiría Brainbow, sino también microscopía electrónica, tomografía computarizada y métodos de rastreo avanzados (tracking).

CONCLUSIÓN

En el cerebro se encuentran miles de conexiones neuronales. Y estas crean cientos de circuitos. El estudio de la morfología de las células y sus interacciones es posible gracias a técnicas como las mencionadas.

Así pues, hay una gran variedad de líneas transgénicas Brainbow listas para seguir investigando en las entrañas cerebrales. Y es que, la reconstrucción digital de células nerviosas es posible hoy en día gracias a los avances de las neurociencias. Un hecho que, lejos de ubicarse solo en películas de ciencia ficción, supone el futuro del estudio neuronal. La técnica Brainbow, que permite visionar un cerebro de colores, forma parte de ello.

Referencias bibliográficas

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