septiembre 21, 2021

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Nueva técnica de imagen para capturar la plasticidad estructural de la columna vertebral individual

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El sonido del obturador nos resulta familiar a todos. Las fotos a menudo se toman para capturar tomas dignas de las redes sociales. Esto se hace con muchos obstáculos como fondo borroso, ojos cerrados y fotos lanzadas, todo para obtener una imagen perfecta.

Crédito de la imagen: Max Planck Florida Institute of Neuroscience

Los neurocientíficos realizan una tarea muy similar. Han intentado enérgicamente mejorar las formas de tomar fotos perfectas y nítidas. En lugar de lugares pintorescos al aire libre, los neurocientíficos están tomando instantáneas detalladas de las células cerebrales y sus diminutas estructuras.

Laboratorio Yasuda en Instituto Max Planck de Florida de Neurociencias (MPFI) Experimentado en la microarquitectura del cerebro, que se centra en el análisis de cambios dinámicos en pequeñas bolsas sinápticas llamadas espinas dendríticas. Las fuertes modificaciones en la estructura de la columna vertebral conocidas como plasticidad estructural permiten que las sinapsis modulen perfectamente la fuerza de la conexión.

En el proceso, las células cerebrales pueden fortalecer eficazmente las conexiones clave y debilitar las menos necesarias. Este proceso es la base de la forma en que se entiende y se recuerda. Sin embargo, revelar la estructura exacta de la columna en detalle durante un proceso dinámico es una tarea desafiante. Hasta ahora, las metodologías de imágenes no pueden hacer esto.

Según se informa, los investigadores del laboratorio de Yasuda han diseñado una nueva y poderosa tecnología de imágenes, con la capacidad de visualizar el cambio sutil y la subestructura de las espinas dendríticas durante la plasticidad estructural. El estudio fue publicado en Revista de neurociencia.

Los investigadores han modificado la microscopía correlativa de luz y electrónica (CLEM) y han desarrollado un nuevo método de obtención de imágenes para aprovechar al máximo los dos métodos de obtención de imágenes.

Las espinas dendríticas son compartimentos neurales tan pequeños que es difícil obtener una imagen precisa de lo que realmente está sucediendo en términos de cambios estructurales utilizando métodos de imagen convencionales. Usando técnicas ópticas más estándar, como la microscopía de dos fotones, las espinas dendríticas parecen bolas lisas..

Dr. Ryohei Yasuda, director científico del Instituto de Neurociencia Max Planck Florida

Por tanto, nos interesaba conocer los cambios que se producen durante las diferentes etapas de la plasticidad estructural, precisamente donde podemos profundizar en la complejidad de la columna vertebral. De hecho, sabemos por el uso de métodos de obtención de imágenes más potentes, como la microscopía electrónica, que el tamaño y la forma reales de las espinas son mucho más complejos.Añadió el Dr. Yasuda.

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Primero, los investigadores indujeron la plasticidad estructural en una sola espina dendrítica utilizando microscopía óptica de dos fotones y glutamato de apertura. Esta columna vertebral inducida se fijó posteriormente en el tiempo en uno de los tres puntos de tiempo únicos. Esto representa un nivel importante de plasticidad estructural.

En combinación con el núcleo de microscopía electrónica MPFI (EM), se cortaron muestras de tejido cerebral con espinas dorsales estimuladas en secciones ultrafinas utilizando un dispositivo especializado conocido como ATUMtome. Luego, se volvieron a crear imágenes de las secciones utilizando el máximo poder de análisis de la microscopía electrónica para revelar detalles ultraestructurales y reconstruir imágenes precisas de la compleja topología de la columna.

Cuando comenzamos este proyecto, nuestro objetivo era ver si era posible ensamblar backbones en diferentes etapas de plasticidad estructural, transferirlos con éxito y resolver su microestructura utilizando EM. La plasticidad estructural individual de la columna no se había descrito de esta manera antes. La Dra. Naomi Kamasawa, directora de EM Core en MPFI, ha sido fundamental para ayudar a crear y mejorar el flujo de trabajo de EM para el proyecto..

Yi Sun, PhD, primer autor del estudio y ex estudiante de posgrado, Yasuda Lab, Max Planck Florida Institute of Neuroscience

Al analizar las imágenes de las espinas reconstruidas, los investigadores observaron cambios distintos en una región rica en proteínas de las espinas dendríticas, conocida como densidad postsináptica (PSD). Esta región es importante para la columna y es conocida por regular la fuerza sináptica y la plasticidad.

Los investigadores de MPFI revelaron que en comparación con las espinas de control, el área y el volumen de la región PSD fueron significativamente mayores en las espinas que experimentaron plasticidad estructural. El crecimiento de PSD en estas espinas se produjo en una escala de tiempo más lenta, requiriendo horas para lograr el máximo cambio.

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Sorprendentemente, incluso cuando el crecimiento fue lento, la estructura PSD de las espinas simuladas se reorganizó aún más rápido. Después de la inducción de la plasticidad estructural, se produjo un rápido aumento de la complejidad de la PSD, lo que provocó un marcado cambio en la forma y las características estructurales.

Nuestra estrategia de obtención de imágenes sinergiza lo mejor de la microscopía óptica y electromagnética, lo que nos permite estudiar los cambios estructurales de la columna vertebral que no se habían visto anteriormente en nanorresolución. Para el futuro, nuestro laboratorio está interesado en utilizar este nuevo protocolo junto con técnicas moleculares avanzadas, como SLENDR, para estudiar la dinámica de proteínas individuales junto con cambios estructurales finamente detallados durante la plasticidad estructural de la columna vertebral..

Dr. Ryohei Yasuda, director científico del Instituto de Neurociencia Max Planck Florida

La investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación de Investigación del Cerebro y el Instituto de Neurociencia Max Planck Florida.

Referencia de la revista:

Sol, Y. y otros. (2021) Cambios ultraestructurales rápidos en PSD y la membrana circundante después de la inducción de LTP meristemática en espinas dendríticas individuales. Revista de neurociencia. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1964-20.2021.

Fuente: https://www.mpfi.org/

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