Una nueva herramienta permitiría ver cómo se comunican las neuronas en el cerebro vivo

¿Es posible observar en vivo el lenguaje químico con el que las neuronas se comunican entre sí? Durante décadas, ese diálogo invisible fue uno de los grandes desafíos de la neurociencia. Ahora, un equipo del Allen Institute, en colaboración con el Campus Janelia del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI), desarrolló una herramienta que permite hacerlo con una precisión sin precedentes.

El avance, publicado en la revista Nature Methods consiste en una proteína de ingeniería llamada iGluSnFR4, diseñada en laboratorio para funcionar como un sensor molecular del glutamato, el principal neurotransmisor excitador del cerebro.

El glutamato cumple un rol central en procesos fundamentales como la memoria, el aprendizaje, la percepción y las emociones. Sin embargo, hasta ahora resultaba extremadamente difícil observar cómo y cuándo se libera durante la comunicación entre neuronas dentro del cerebro vivo.

Según explicaron los investigadores, esta nueva tecnología abre una ventana inédita para comprender el funcionamiento del cerebro a nivel microscópico y podría tener un fuerte impacto en el estudio de enfermedades neurológicas y psiquiátricas.

Un sensor que vuelve visible lo invisible

La iGluSnFR4 funciona como un detector extremadamente sensible, capaz de captar señales de glutamato que son muy rápidas y muy débiles, y que hasta ahora pasaban desapercibidas para las tecnologías disponibles. En términos simples, la proteína se ilumina cuando detecta glutamato, permitiendo a los científicos ver en tiempo real cuándo ocurre la comunicación química entre neuronas.

Este mecanismo transforma una señal química invisible en una señal óptica fácilmente registrable. De este modo, los investigadores pueden observar lo que sucede en la sinapsis, el punto exacto donde una neurona transmite información a otra.

Tradicionalmente, la neurociencia se basó principalmente en el registro de señales eléctricas de salida de las neuronas, es decir, en medir cuándo una neurona “dispara” un impulso eléctrico. Sin embargo, ese enfoque solo muestra el resultado final del proceso y no revela qué información recibió previamente la célula ni de dónde provino.

Con iGluSnFR4, por primera vez es posible observar directamente las señales químicas de entrada, aquellas que determinan si una neurona se activará o no.

Para entenderlo mejor, imagina una ciudad durante la noche. Hasta ahora, los investigadores solo podían ver las luces que se encendían en las ventanas de las casas, pero no sabían quién tocaba el timbre ni qué mensajes llegaban a cada hogar.

La nueva herramienta permite ver cuándo, dónde y con qué intensidad llegan esos mensajes, revelando la verdadera dinámica de la comunicación en el “vecindario” cerebral. Ya no se observan solo las consecuencias de la comunicación, sino el intercambio en sí mismo.

Leer el libro completo de la comunicación neuronal

Antes de este desarrollo, era posible mapear las conexiones estructurales entre neuronas y observar ciertos patrones de actividad eléctrica, pero no identificar con precisión qué neurona influía sobre cuál ni qué combinación exacta de señales desencadenaba la activación neuronal.

La iGluSnFR4 permite rastrear esas combinaciones con resolución sináptica, es decir, a nivel del punto exacto de contacto entre dos neuronas. Esto posibilita reconstruir los patrones de información que recibe una neurona específica y comprender cómo integra esos mensajes para tomar decisiones.

Kaspar Podgorski, científico senior del Allen Institute y autor principal del estudio, explicó que el avance cubre una carencia crítica en la investigación en neurociencia. “Hemos inventado una forma de medir la información que llega a las neuronas desde diferentes fuentes”, señaló. Para ilustrarlo, comparó el proceso con intentar leer un libro cuyas palabras están completamente desordenadas: sin conocer el orden correcto, el sentido del texto se pierde.

Implicancias para la salud y la investigación médica

El impacto potencial de esta herramienta va más allá de la investigación básica. Alteraciones en la señalización del glutamato están asociadas a múltiples enfermedades neurológicas y psiquiátricas, entre ellas el Alzheimer, la esquizofrenia, el autismo y la epilepsia.

Al permitir observar con precisión cómo funciona la comunicación sináptica, iGluSnFR4 podría ayudar a identificar fallas tempranas en estos procesos y a comprender mejor las causas profundas de estos trastornos.

Además, la tecnología podría acelerar el desarrollo de nuevos tratamientos, ya que permitiría evaluar de manera directa cómo distintos fármacos afectan la comunicación entre neuronas.

Desde el Allen Institute destacan que esta herramienta facilitará pruebas más precisas en el desarrollo de medicamentos, reduciendo tiempos y costos en la búsqueda de terapias más eficaces.

Un avance impulsado por la colaboración científica

Por su parte, Jeremy Hasseman, investigador del Campus Janelia del HHMI, subrayó que el éxito del proyecto fue posible gracias al trabajo colaborativo entre instituciones y equipos con diferentes especialidades. “Este fue un gran ejemplo de cómo la cooperación científica puede abrir nuevas puertas para el conocimiento”, afirmó.

El Allen Institute anunció además que la iGluSnFR4 estará disponible para la comunidad científica a través de la plataforma Addgene, lo que permitirá que laboratorios de todo el mundo utilicen esta tecnología sin barreras de acceso.