resumen: El microscopio portátil recientemente inventado produce imágenes de alta resolución y en tiempo real de las neuronas y la actividad en la médula espinal del ratón en áreas previamente inaccesibles.

fuente: Instituto Salik

La médula espinal actúa como un mensajero, transportando señales entre el cerebro y el cuerpo para regularlo todo, desde la respiración hasta el movimiento. Si bien se sabe que la médula espinal desempeña un papel esencial en la transmisión de señales de dolor, la tecnología ha limitado la comprensión de los científicos sobre cómo ocurre este proceso a nivel celular.

Ahora, los científicos de Salk han creado microscopios portátiles para permitir una vista sin precedentes de los patrones de señalización que ocurren dentro de la médula espinal de los ratones.

Este avance tecnológico, detallado en dos artículos publicados en Comunicaciones de la naturaleza El 21 de marzo de 2023 y Naturaleza Biotecnología el 6 de marzo de 2023, ayudará a los investigadores a comprender mejor los fundamentos neurales de las sensaciones y el movimiento en contextos de salud y enfermedades, como el dolor crónico, la picazón, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o la esclerosis múltiple (EM).

«Estos nuevos microscopios portátiles nos permiten ver la actividad neuronal asociada con las sensaciones y el movimiento en regiones y a una velocidad no accesible por otra tecnología de alta resolución», dice el autor principal Axel Nemerjan, profesor asociado y director del Centro Witt de Biofotónica Avanzada. «Nuestros microscopios portátiles cambian fundamentalmente lo que es posible al estudiar el sistema nervioso central».

Los microscopios portátiles tienen aproximadamente siete y catorce milímetros de ancho (aproximadamente el ancho de un dedo meñique o la médula espinal humana) y proporcionan imágenes multicolores de alta resolución y alto contraste en tiempo real en regiones previamente inaccesibles de la médula espinal. La nueva tecnología se puede combinar con un implante de microprisma, que es un pequeño elemento de vidrio reflectante que se coloca cerca de las áreas de interés del tejido.

«El microprisma aumenta la profundidad de la imagen, por lo que las células que antes eran inaccesibles se pueden ver por primera vez. También permite obtener imágenes de células a diferentes profundidades simultáneamente con una alteración mínima del tejido», dice Erin Carey, coautora de uno de los artículos. Estudios e investigadores en el laboratorio de Nimmerjan.

Pavel Shechtmeister, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Nimrajan y coautor principal de ambos estudios, está de acuerdo: «Hemos superado las barreras de profundidad y campo de visión en el contexto de la investigación de la médula espinal. Nuestros microscopios portátiles son lo suficientemente livianos como para transportarlos alrededor por ratones y permitir mediciones que antes se creían imposibles». .

Utilizando los nuevos microscopios, el equipo de Nimmerjahn ha comenzado a aplicar la tecnología para recopilar nueva información sobre el sistema nervioso central. En particular, querían obtener imágenes de los astrocitos, que son células gliales en forma de estrella no neuronales, en la médula espinal porque el trabajo anterior del equipo sugería la participación inesperada de las células en el procesamiento del dolor.

El equipo descubrió que apretar las colas de los ratones activaba los astrocitos y enviaba señales coordinadas a través de los segmentos de la médula espinal. Antes de la invención de los nuevos microscopios, era imposible saber cómo era la actividad de los astrocitos, o qué cualquier La actividad celular apareció en regiones de la médula espinal de animales en movimiento.

«Poder visualizar cuándo y dónde ocurren las señales de dolor y qué células están involucradas en este proceso nos permite probar y diseñar intervenciones terapéuticas», dice Daniela Duarte, coautora de uno de los estudios e investigadora en el laboratorio de Nimmerjahn. «Estos nuevos microscopios podrían revolucionar el estudio del dolor».

El equipo de Nimmerjahn ya ha comenzado a investigar cómo se altera la actividad neuronal y no neuronal en la médula espinal en diferentes condiciones de dolor y cómo diferentes terapias controlan la actividad celular anormal.

Otros autores incluyen a Alexander Ngo, Grace Gao, Nicholas A. Nelson, Jack A. Olmsted y Charles L. Clark de Salk.

Fondos: El trabajo fue apoyado por NIH (R01NS108034, U19NS112959, U19NS123719, U01NS103522 y F31NS120619), una subvención de capacitación de los Institutos Nacionales de Salud (T32/CMG), Sol Goldman Charitable Trust, C. and L. Alumni Fellowship from the Rose Hills, y un premio académico de investigación Burt y Ethel Aginsky, una beca de posgrado de Kavli-Helinski Endowment y una subvención de innovación Salk.

Sobre esta búsqueda de noticias de neurotecnología

autor: oficina de prensa
fuente: Instituto Salik
comunicación: Oficina de Prensa – Instituto Salik
imagen: Créditos de imagen para el Instituto Salk

Búsqueda original: acceso abierto.
«Imágenes multiplexadas de la médula espinal de ratones que se comportanEscrito por Axel Nemerjan et al. Comunicaciones de la naturaleza

acceso abierto.
«Tomografía de la médula espinal de ratones que se comportanEscrito por Axel Nemerjan et al. Naturaleza Biotecnología

un resumen

Imágenes multiplexadas de la médula espinal de ratones que se comportan

Si bien se sabe que la médula espinal desempeña funciones críticas en el procesamiento sensorial, incluidas las señales relacionadas con el dolor, los patrones de actividad correspondientes en los tipos de células definidos genéticamente a lo largo de la lámina espinal siguen siendo difíciles de investigar. Las imágenes de calcio han permitido medir la actividad celular en el comportamiento de los roedores, pero actualmente se limitan a las regiones superficiales.

Aquí, usando microorganismos cultivados crónicamente, tomamos imágenes de la actividad sensorial y motora en regiones y a una velocidad inaccesible por otras técnicas de imágenes de alta resolución. Para permitir la obtención de imágenes de transilamina en animales que se comportan libremente a través de microorganismos cultivados, también desarrollamos microscopios portátiles con microlentes compuestas personalizadas.

Este sistema aborda múltiples desafíos de los microscopios portátiles anteriores, incluida la distancia de trabajo, la resolución, el contraste y la gama de colores limitados. Usando este sistema, mostramos que los queratinocitos dorsales en ratones que se comportan exhiben excitación de calcio dependiente de un programa sensorial motor y son específicos de lámina.

Además, mostramos que las neuronas que expresan el precursor de taquiquinina 1 (Tac1) exhiben actividad translaminar para el dolor mecánico agudo pero no para la locomoción.

un resumen

Tomografía de la médula espinal de ratones que se comportan

Los circuitos de la médula espinal desempeñan un papel importante en la transmisión del dolor, pero los patrones subyacentes de actividad dentro y entre los segmentos de la columna vertebral en los ratones que se comportan siguen siendo esquivos.

Hemos desarrollado un microscopio portátil de campo amplio de 7,9 mm² campo de visión, resolución lateral de 3–4 μm, distancia de trabajo de 2,7 mm y peso total de menos de 10 g, lo que demuestra que los estímulos mecánicos dolorosos localizados provocan una excitación generalizada y coordinada de los astrocitos en múltiples segmentos espinales.