Hace aproximadamente una década, tomó forma una idea pionera en el campo de la neurociencia: utilizar luz bioluminiscente para observar la actividad cerebral en tiempo real. Los investigadores, dirigidos por Christopher Moore, profesor de ciencias del cerebro en la Universidad de Brown, propusieron iluminar el cerebro desde dentro, a diferencia del método tradicional de dirigir luz externa al tejido cerebral. Este enfoque tiene como objetivo abordar las limitaciones de las tecnologías existentes, que a menudo requieren hardware sofisticado y producen resultados inconsistentes.
En 2017, se estableció el Centro de Bioluminiscencia en el Instituto Carney de Ciencias del Cerebro de la Universidad de Brown, catalizado por una subvención sustancial de la Fundación Nacional de Ciencias. La iniciativa reunió a un equipo de colaboradores, incluidos Moore, Diane Lipscomb, Ute Hochzewender y Nathan Schöner, todos centrados en herramientas de neurociencia que permiten que las células del sistema nervioso generen y respondan a la luz.
Un avance importante de esta colaboración es el monitor de actividad de bioluminiscencia Ca2+, abreviado como “CaBLAM”. En un estudio reciente publicado en Los métodos de la naturaleza.Los investigadores han demostrado esta nueva herramienta de imágenes bioluminiscentes, que puede capturar la actividad de neuronas individuales y pequeñas regiones celulares a una velocidad increíble. Demostrado en ratones y peces cebra, CaBLAM es capaz de grabar durante largos períodos de tiempo sin la necesidad de ninguna fuente de luz externa.
Shaner, profesor asociado de Moore UC San Diego, dirigió el diseño del dispositivo molecular detrás de CaBLAM, enfatizando su increíble potencial. La capacidad de rastrear la actividad de las células cerebrales vivas es fundamental para comprender la función del organismo. Si bien los métodos convencionales para detectar la presencia de iones de calcio en las células se basan en indicadores basados en fluorescencia, presentan importantes inconvenientes. La exposición prolongada a la luz intensa utilizada en estos métodos daña las células cerebrales y degrada las moléculas fluorescentes con el tiempo, lo que limita la duración de los experimentos.
Por el contrario, el enfoque bioluminiscente elimina la necesidad de luz externa intensa, evitando el fotoblanqueo y el daño fototóxico, lo que significa condiciones más seguras para el sensible tejido cerebral involucrado en los estudios. Además, esta técnica produce imágenes claras a medida que las neuronas diseñadas emiten luz sobre un fondo oscuro, lo que reduce eficazmente la interferencia de la fluorescencia y dispersión natural del tejido.
Moore destacó que a pesar de años de discusión sobre el uso de la bioluminiscencia para estudiar la actividad cerebral, los esfuerzos anteriores no lograron lograr suficiente brillo para obtener imágenes detalladas hasta la llegada de CaBLAM. El equipo de investigación registró con éxito la actividad de neuronas individuales en organismos vivos, realizando una sesión de grabación continua de cinco horas, algo que los métodos tradicionales no pudieron facilitar.
Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la mera observación; Es parte de una iniciativa más amplia en el centro para inventar nuevos métodos para observar y manipular la actividad cerebral. Un proyecto experimental en el centro implica que una célula viva emita un destello de luz detectable por las células adyacentes, lo que permite la comunicación neuronal a través de la luz. Además, el equipo está trabajando en estrategias para utilizar el calcio para regular la actividad celular.
A medida que avanzaba el proyecto, la necesidad de sensores de calcio más eficaces se convirtió en un punto central de los esfuerzos del Centro, garantizando que estuvieran equipados para avanzar más en el campo. Moore cree que CaBLAM tiene aplicaciones potenciales más allá de la neurociencia, abriendo oportunidades para estudiar simultáneamente la actividad en diferentes sistemas corporales.
En conclusión, el desarrollo de CaBLAM subraya el poder de la investigación colaborativa. El proyecto es una colaboración de al menos 34 científicos de múltiples instituciones prestigiosas, con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Nacional de Ciencias y la Fundación de la Familia Paul G. Allen. A medida que se desarrollen las capacidades de las imágenes bioluminiscentes, esta herramienta innovadora podría revolucionar la forma en que los investigadores observan y comprenden la actividad cerebral y corporal.
