Los investigadores desarrollan un proceso mejorado para microscopía electrónica a gran escala para visualizar estructuras pequeñas

¿Cómo se conectan las redes de neuronas para hacer circuitos funcionales? Ésta ha sido una cuestión de larga data en neurociencia. Para responder a esta pregunta fundamental, los investigadores del Boston Children's Hospital y la Escuela de Medicina de Harvard desarrollaron una nueva forma de estudiar estos circuitos y en el proceso aprender más sobre las conexiones entre ellos. "Las redes neuronales son extensas, pero las conexiones entre ellas son realmente pequeñas", dice Wei-Chung Allen Lee, PhD, de F.
M. Kirby Neurobiology Center en Boston Children's y Harvard Medical School. "Por lo tanto, hemos tenido que desarrollar técnicas para verlos en una resolución extremadamente alta en áreas y volúmenes realmente grandes". Para hacerlo, su equipo desarrolló un proceso mejorado para microscopía electrónica (EM) a gran escala, una técnica desarrollada por primera vez en la década de 1950 que utiliza haces de electrones acelerados para visualizar estructuras extremadamente pequeñas. "Pero el problema con la microscopía electrónica es que debido a que proporciona una resolución de imagen tan alta, ha sido difícil estudiar circuitos neuronales completos", dice Lee, cuyo laboratorio está interesado en aprender cómo los circuitos neuronales subyacen a la función y el comportamiento. "Para mejorar la técnica, desarrollamos un sistema automatizado para obtener imágenes de alta resolución, pero a la escala para abarcar circuitos neuronales.
" Se publicó en Cell un artículo que describe este trabajo. La EM tradicional requiere la recolección manual de miles de muestras de tejido en una rejilla. El tejido se corta en secciones de 40 nanómetros de espesor, unas mil veces más finas que un cabello humano.
La técnica automatiza la recolección de las muestras, asignando un código de barras a cada sección y aplicándolas a una cinta transportadora que luego podría alimentarse a través de un microscopio electrónico como un proyector de películas. Una ventaja de la técnica es que cada neurona está etiquetada en cada sección de tejido. "A medida que los electrones pasan por cada sección, podemos obtener imágenes de cada neurona con gran detalle", explica Lee.
"Y debido a que todas las secciones están etiquetadas con un código de barras, sabemos exactamente de dónde proviene cada una de estas secciones para que podamos reconstruir los circuitos ". "Esta nueva técnica nos permite hacer microscopía electrónica de forma más rápida y automatizada, con alta calidad, pero a un precio razonable", dice Lee. En su artículo, el equipo proporciona diseños de instrumentación y software GridTape para hacer que la EM a gran escala sea accesible y asequible para la comunidad de investigación científica en general.
El equipo utilizó su método GridTape para estudiar el cordón nervioso ventral de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster, que es similar a la médula espinal. Contiene todos los circuitos que usa la mosca para mover sus extremidades. Su objetivo: crear un mapa completo de los circuitos neuronales que controlan la función motora.
"Al aplicar este método a todo el cordón nervioso, pudimos reconstruir todas sus neuronas motoras, así como una gran población de neuronas sensoriales", dice Lee. En el proceso, descubrieron un tipo específico de neurona sensorial en la mosca que se cree que detecta cambios en la carga, como el peso corporal. "Estas neuronas son muy grandes, relativamente raras en número y hacen conexiones directas con las neuronas motoras del mismo tipo en ambos lados del cuerpo", dice Lee.
"Creemos que este puede ser un circuito que ayuda a estabilizar el cuerpo posición." A partir de este trabajo, el equipo creó un mapa de más de 1.000 reconstrucciones de neuronas motoras y sensoriales disponibles en un registro abierto. Permite que cualquier persona en el mundo acceda a este conjunto de datos y observe cualquier neurona que le interese y pregunte a quién están conectados.
" Wei-Chung Allen Lee, PhD, F.M. Kirby Neurobiology Center, Boston Children's y Harvard Medical School Ahora, con la capacidad de mapear circuitos neuronales cada vez más grandes, Lee cree que esta técnica podría ser útil para estudiar circuitos neuronales en cerebros más grandes y probar predicciones sobre la función y el comportamiento neuronales.
Su equipo ahora está estudiando la técnica en ratones y otros investigadores en el Reino Unido y Japón están aplicando la técnica en múltiples sistemas animales. Además, la tecnología tiene usos potenciales más amplios donde es necesario obtener imágenes de un gran número de muestras a una resolución muy alta. "Entonces, en principio, se podrían avanzar varias formas de microscopía electrónica mediante el uso de esta técnica si las personas necesitan generar una gran cantidad de datos", dice Lee, incluida la secuenciación del ADN mediante EM o EM criogénica para resolver estructuras de proteínas.
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