Los astrónomos construyen nuevos telescopios y observan el cielo nocturno para ver qué pueden encontrar. El líder del grupo Janelia, Abraham Beyene, adopta un enfoque similar al observar las células que componen el cerebro humano.

Beyene y su equipo diseñan y sintetizan nuevos tipos de biosensores altamente sensibles que utilizan para observar las neuronas y ver qué pueden aprender.

"Tienes esta nueva herramienta que ahora nos ayuda a hacer el tipo de mediciones que nunca antes habíamos podido hacer, y vamos al laboratorio e implementamos esta tecnología y vemos qué sucede", dice Beyene. "Lo que ves es que comienzan a surgir algunos fenómenos realmente interesantes en los que ni siquiera has comenzado a pensar".

Beyene y su equipo utilizan este enfoque con su nuevo nanosensor sintético diseñado para capturar la liberación de dopamina en neuronas enteras con resolución subcelular. El biosensor se adjunta a una nanopelícula 2D, denominada DopaFilm, y luego se cultivan neuronas sobre la película. Cuando las neuronas liberan el neurotransmisor dopamina, la sustancia química cae sobre la película y hace que se ilumine. Luego, el equipo usa un microscopio personalizado para capturar este brillo, lo que les permite visualizar la liberación de dopamina desde cualquier parte de la neurona y crear películas para capturar los químicos a medida que se liberan y se difunden.

Los neurotransmisores que envían señales entre las neuronas generalmente se liberan de los axones, la cadena larga que sale del soma o cuerpo celular de la neurona. Pero algunos neurotransmisores, como la dopamina, también se liberan del soma y sus dendritas, las estructuras en forma de árbol que irradian de él. Si bien investigaciones anteriores demostraron que la dopamina se libera del soma y las dendritas, los métodos tradicionales no podían proporcionar una visión lo suficientemente buena de dónde o cómo ocurrió exactamente.

Los biosensores tradicionales usan proteínas dirigidas a la membrana externa de una neurona, lo que permite a los científicos observar solo lo que sucede en puntos específicos de la célula. Pero el nanosensor de Beyene está inmovilizado en una superficie 2D, lo que le permite registrar la liberación de neuroquímicos en toda una neurona. El sensor también muestra una sensibilidad extrema a la dopamina, lo que le permite detectar incluso la señal química más pequeña que emana de las células.

Estas características permitieron al equipo capturar la liberación de dopamina con un detalle sin precedentes. La nueva técnica les permite obtener imágenes de alta resolución de la liberación de dopamina de los axones y ver por primera vez la liberación de este importante neurotransmisor desde ubicaciones específicas en las dendritas.

Su trabajo, informado en un nuevo artículo publicado en eLife , brinda a los científicos la oportunidad de analizar de nuevo la liberación de dopamina de las dendritas y sugiere que estas estructuras pueden desempeñar un papel más importante en los cálculos cerebrales de lo que se pensaba anteriormente.

"Podemos crear películas en las que capturamos la extensión espacial y temporal completa de las sustancias químicas a medida que se liberan y se difunden, algo que nunca antes se había hecho. Y luego aprovechamos esa capacidad para estudiar la liberación dendrítica de dopamina, que tiene no se ha caracterizado completamente ni se ha entendido bien", dice Beyene.

Si bien el nuevo trabajo responde algunas preguntas, también plantea otras nuevas, como por qué algunas dendritas liberan dopamina mientras que otras están en silencio, dice Beyene. Él espera que sus hallazgos impulsen nuevos estudios por parte de neurocientíficos sobre las neuronas de dopamina en el cerebro.

"Debido a que la mayoría de las herramientas tienen dificultades para brindar una buena medición y visualización de la liberación de las dendritas, no se ha explorado completamente el papel potencial de la liberación de dopamina dendrítica en el cálculo más grande que realizan las neuronas dopaminérgicas. Con suerte, este estudio proporcionará el impulso para que los investigadores tomen una segunda mirada", dice Beyene. + Explora más

Una neurona artificial que puede recibir y liberar dopamina