Los investigadores de Johns Hopkins Medicine han sido pioneros en una técnica innovadora llamada “zap-and-freeze” que les permite observar la comunicación rápida entre las células cerebrales en tejidos vivos de ratones y humanos. Este enfoque innovador facilita el seguimiento de interacciones que son demasiado rápidas de rastrear con métodos tradicionales. Los resultados de esta investigación, publicada en Neuron y respaldada por los Institutos Nacionales de Salud, tienen el potencial de 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 en la sinapsis, la pequeña unión donde se comunican las neuronas. Shigeki Watanabe, Ph.D., profesor asociado de biología celular en Johns Hopkins y autor principal del estudio. En consecuencia, esta región es difícil de estudiar en detalle debido a su pequeño tamaño y su rápida actividad. Watanabe expresó optimismo de que esta nueva tecnología podría revelar similitudes y diferencias entre las formas hereditarias y no hereditarias de la enfermedad, guiando futuros desarrollos terapéuticos para este trastorno neurodegenerativo.
En un cerebro sano, las vesículas sinápticas actúan como pequeños vasos que transportan mensajes químicos entre las neuronas, fundamentales para procesos como el aprendizaje y la memoria. Watanabe señaló que obtener información sobre 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 una breve estimulación eléctrica seguida de una congelación rápida para capturar cambios dinámicos en las membranas sinápticas. Este método conserva configuraciones precisas de estructuras celulares para su posterior análisis mediante microscopía electrónica.
En investigaciones anteriores, Watanabe utilizó esta técnica para estudiar ratones genéticamente modificados, centrándose en una proteína llamada intersectina, que desempeña un papel clave en el mantenimiento de las vesículas sinápticas en su lugar hasta que se activan. En el estudio actual, el equipo examinó muestras de tejido cerebral cortical de ratones normales y de seis pacientes humanos sometidos a 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 necesaria 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 muestras de tejido humano.
La investigación identificó una proteína clave llamada dinamina 1xA en los tejidos cerebrales de ambas especies, que es importante para el reciclaje ultrarrápido de las membranas sinápticas. Esta similitud sugiere que los mecanismos en ratones reflejan fielmente 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 espera adaptar el método de zap-and-freeze para investigar tejido cerebral recolectado de personas con enfermedad de Parkinson sometidas a estimulación cerebral profunda. Esta investigación adicional tuvo como objetivo dilucidar las diferencias en la dinámica de las vesículas en las neuronas afectadas.
El estudio recibió financiación de múltiples fuentes, incluidas varias subvenciones de los NIH, el Instituto Médico Howard Hughes y la Iniciativa Chan Zuckerberg. Entre los contribuyentes a la investigación se incluyen un equipo de Johns Hopkins y expertos de la Universidad de Leipzig en Alemania.
