Neuroimagen Técnica: En vivo desde el interior de la célula en tiempo real

Una técnica de imagen novedosa proporciona una información detallada sobre la función de la señalización redox y las especies reactivas del oxígeno en las neuronas vivas, en tiempo real. Los científicos de la Technische Universität München (TUM) y la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) han desarrollado una nueva técnica de microscopía óptica para desentrañar el papel de "estrés oxidativo" en la salud, así como los sistemas nerviosos lesionados. La obra se presenta en el último número de la revista Nature Medicine.

Las especies reactivas al oxígeno son importantes moléculas de señalización intracelular, pero su modo de acción es complejo: En concentraciones bajas regulan aspectos clave de la función y el comportamiento celular, mientras que a altas concentraciones pueden causar "estrés oxidativo," que daña orgánulos, membranas y el ADN. Para analizar cómo la señalización redox se desarrolla en las células individuales y orgánulos, en tiempo real, se ha desarrollado una innovadora técnica de microscopía óptica conjuntamente por los equipos del profesor Martin Kerschensteiner del LMU y del profesor Thomas Misgeld del TUM, ambos investigadores del Cluster Munich para Systems Neurology (SyNergy).
"Nuestro nuevo enfoque óptico nos permite visualizar el estado de redox de importantes orgánulos celulares, mitocondrias, en tiempo real en el tejido vivo", afirma Kerschensteiner. Las mitocondrias son las centrales eléctricas de la célula, que convierten los nutrientes en energía utilizable. En estudios anteriores, Kerschensteiner y Misgeld habían obtenido una evidencia de que el daño oxidativo de la mitocondria podría contribuir a la destrucción de los axones en enfermedades inflamatorias tales como la esclerosis múltiple.
El nuevo método les permite registrar los estados de oxidación de las mitocondrias individuales con alta resolución espacial y temporal. Kerschensteiner explica la motivación detrás del desarrollo de la técnica: "las señales redox tienen importantes funciones fisiológicas, pero también pueden causar daños, por ejemplo cuando están presente en altas concentraciones alrededor de las células inmunes."
Primeras sorpresas
Kerschensteiner y Misgeld utilizaaron variantes de Green Fluorescent Protein (GFP) sensibles de redox como herramientas de visualización. "Mediante la combinación de estos con otros biosensores y colorantes vitales, hemos sido capaces de establecer un enfoque que nos permite monitorear simultáneamente las señales de redox junto con corrientes de calcio mitocondrial, así como los cambios en el potencial eléctrico y el protón (pH) gradiente a través de la mitocondria membrana", dice Thomas Misgeld.
Los investigadores han aplicado la técnica a dos modelos experimentales, y han llegado a algunos descubrimientos inesperados. Por un lado, han sido capaces, por primera vez, de estudiar señal de inducción de redox en respuesta al daño neuronal - en este caso, la lesión de la médula espinal - en el sistema nervioso de los mamíferos. Las observaciones revelaron que la separación de un axón resulta en una onda de oxidación de la mitocondria, que comienza en el sitio del daño y se propaga a lo largo de la fibra. Además, una afluencia de calcio en el sitio de la resección axonal ha demostrado ser esencial para el daño funcional subsiguiente a la mitocondria.
Quizás el más sorprendente resultado del nuevo estudio fue que el primer autor del estudio, el estudiante graduado Michael Breckwoldt, fue capaz de fotografiar, también por primera vez, las contracciones espontáneas de las mitocondrias que son acompañadas por un rápido cambio en el estado de redox del orgánulo . Como explica Misgeld, "Esto parece ser un sistema a prueba de fallos, que se activa en respuesta al estrés y atenúa temporalmente la actividad mitocondrial. Bajo condiciones patológicas, las contracciones son más prolongadas y pueden llegar a ser irreversibles, y esto en última instancia, pueden resultar en un daño irreparable a el proceso de nervio".




Traducido por IACES Noticias

Título original "Neuroimaging Technique: Live from inside the cell in real-time" de Science Daily

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