30 mayo 2016

Una nueva manera de cruzar la barrera hematoencefálica con virus inofensivos

Por Monique Brouillette, 1 de junio de 2016

Crédito: Thomas Fuchs

El cerebro presenta un desafío único para el tratamiento médico: está encerrado detrás de una capa impenetrable de células muy juntas. A pesar de que la barrera hematoencefálica evita que los productos químicos y bacterias dañinas lleguen a nuestro centro de control, también bloquea aproximadamente el 95 por ciento de los medicamentos administrados por vía oral o intravenosa. Como resultado, los médicos que tratan a pacientes con enfermedades neurodegenerativas, como el Parkinson, a menudo tienen que inyectarse drogas directamente en el cerebro, un enfoque invasivo que requiere perforar el cráneo. Algunos científicos han tenido éxitos menores al conseguir que drogas intravenosas atraviesen la barrera con la ayuda de ultrasonido o en forma de nanopartículas, pero estos métodos pueden dirigirse sólo a pequeñas áreas. Ahora la neurocientífica Viviana Gradinaru y sus colegas en el Instituto de Tecnología de California muestran que un virus inofensivo puede pasar a través de la barricada y ofrecer tratamiento a través del cerebro.
El equipo de Gradinaru volvió a los virus porque los agentes infecciosos son pequeños y hábiles para entrar en las células y secuestrar el DNA en su interior. También tienen envolturas proteicas que pueden contener entregas beneficiosas, tales como fármacos o terapias genéticas. Para encontrar un virus adecuado para entrar en el cerebro, los investigadores diseñaron una cepa de un adeno-virus, asociado en millones de variantes con ligeramente diferentes estructuras laminares. Después inyectaron estas variantes en un ratón y, después de una semana, se recuperaron las cepas que llegaron al cerebro. Un virus llamado AAV-PHP.B cruzó de manera más fiable la barrera.
A continuación, el equipo probó si el AAV-PHP.B podría funcionar como vector potencial para la terapia génica, una técnica que trata las enfermedades mediante la introducción de nuevos genes en las células o mediante la sustitución o la desactivación de genes ya presentes. Los científicos inyectaron el virus en el torrente sanguíneo de un ratón. En este caso, el virus llevaba genes que codifican las proteínas fluorescentes verdes. Así que si el virus llegaba al cerebro y el nuevo ADN era incorporado en las neuronas, la tasa de éxito podría ser rastreado a través de un resplandor verde en la disección. De hecho, los investigadores observaron que el virus se infiltró en la mayoría de las células del cerebro y que los efectos brillantes duraron tanto como un año. Los resultados fueron publicados recientemente en la revista Nature Biotechnology.
En el futuro, este enfoque podría ser utilizado para tratar una serie de enfermedades neurológicas. "La capacidad para administrar genes al cerebro sin métodos invasivos será de gran utilidad como herramienta de investigación. Tiene un enorme potencial en la clínica", dice Anthony Zador, un neurocientífico que estudia el cableado del cerebro en el Laboratorio de Cold Spring Harbor. Gradinaru también cree que el método es un buen candidato para zonas distintas del cerebro, tales como el sistema nervioso periférico. El gran número de nervios periféricos ha hecho difícil el tratamiento del dolor de la neuropatía, y un virus podría infiltrarse en todos ellos.

Referencias: Caltech 
Traducido por Rubén Carvajal de Scientific American 

Desentrañando los misterios del sueño: una breve historia de hallazgos importantes

James Anderson, 12 de agosto de 2015
Traducido por Rubén Carvajal
Hemos sabido durante algún tiempo que los ojos se mueven durante una fase de sueño, 
al igual que cuando estamos despiertos y mirando una escena visual. Esa fase del sueño 
se llama sueño REM. 
Una investigación reciente, publicada en la revista Nature Communications, muestra que 
la actividad cerebral durante la fase de sueño en que soñamos es notablemente similar a 
la actividad cerebral 
cuando estamos despiertos y procesamos nuevas imágenes visuales, lo que sugiere que 
el cerebro "ve" los sueños. A pesar de que los investigadores ya han sospechado que este 
podía ser el caso, es la primera vez que los investigadores han sido capaces de registrar 
la actividad cerebral desde el interior del cerebro.
dream history
Antonio de Pereda - El sueño del caballero
Una breve historia sobre los investigación de los sueños 
Los sueños y su propósito han sido uno de los misterios perdurables del dormir. Los 
primeros teóricos de los sueños, como Sigmund Freud, argumentaron que la función 
de los sueños era preservar el acto de dormir mediante la expresión de deseos o deseos 
insatisfechos en el estado inconsciente. Más recientemente, los investigadores han 
estudiado la función y los procesos del dormir y los sueños mediante la medición de 
las señales fisiológicas que caracterizan a este estado de conciencia. Hace poco más 
de 60 años, un investigador del sueño, el estadounidense Eugene Aserinsky, tropezó 
con los movimientos oculares rápidos durante el sueño casi por accidente, durante 
una grabación de estudio del sueño durante la noche, de su hijo de ocho años de edad. 
Su artículo de 1953 informaba de movimientos oculares "rápidos, espasmódicos y 
binocularmente simétricos" durante los períodos de sueño. Estos movimientos oculares 
también se asociaron con un aumento de la actividad cerebral, descontando así la idea 
de que el sueño es un fenómeno completamente pasivo. Durante el sueño REM, nuestros 
cerebros están activos y se comportan de manera similar a la vigilia o al sueño ligero. 
Sin embargo, la actividad muscular se suprime por lo que no podemos ejecutar 
físicamente nuestros sueños. En un artículo pionero en 1957, los investigadores 
estadounidenses William Dement y Nathaniel Kleitman examinaron la relación entre 
los movimientos oculares y el contenido del sueño. Despertaban a los participantes 
durante el sueño REM y les pedía que describieran sus sueños. Luego, los investigadores 
observaron cómo su descripción del sueño se relacionaba con el tipo de movimientos 
oculares que estaban experimentando en ese momento (vertical, horizontal, o una mezcla 
de ambos). Los participantes que se despertaron después de una serie de movimientos 
verticales reportaron "estar subiendo por una escalera", o "de pie en la parte inferior del 
acantilado operarando un polipasto y mirando a unos escaladores", mientras que un 
participante que se despertó después de los movimientos oculares horizontales informaba  
haber soñado con "dos personas tirandose tomates unos a otros". Por el contrario, los que 
tenían los movimientos oculares mixtos tendían a estar viendo personas cercanas a ellos 
sin descripción de la distancia o la visión vertical. Desde este estudio, la evidencia de una 
asociación entre los REM y el contenido del sueño no ha sido del todo consistente. Las 
personas que han estado ciegas de nacimiento, por ejemplo, tienen actividad REM, 
pero no el contenido del sueño visualSin embargo, en apoyo de la constatación de 
Dement, un estudio reciente en pacientes con trastorno de conducta del sueño REM 
(donde las personas actúan durante sus sueños debido a la falta de parálisis muscular), 
encontró una fuerte asociación entre la extremidad orientada hacia un objetivo y la acción 
de la cabeza y la dirección de la mirada del ojo durante el sueño REM al dormir. En la 
vida cotidiana, cuando vemos las cosas, nuestros ojos y el cerebro se comportan de 
formas características para recopilar y procesar la información en nuestro campo visual 
y darle sentido. Pero la función de los movimientos del ojo durante el sueño al dormir 
son relativamente desconocidos. Un artículo de Nature Communication ofrece algunas 
ideas al respecto. Por lo general, la actividad cerebral se mide de forma no invasiva en 
el cuero cabelludo. Pero los investigadores, de la Universidad de Tel Aviv, registraron 
la actividad del cerebro, desde dentro del cerebro, en pacientes con epilepsia. 
pacientes cuya epilepsia no podía ser controlada con medicamentos se les colocó 
electrodos quirúrgicamente en el cerebro como una forma clínico para mapear 
su actividad epiléptica, y evaluar la idoneidad de ser tratados con cirugía. Estos 
electrodos se implantaron en el lóbulo temporal medial - una región que está asociada 
con la conciencia visual. Los investigadores compararon la actividad cerebral de estos 
pacientes a través de tres parámetros: la actividad cerebral del sueño REM, los 
movimientos oculares de vigilia en la oscuridad (sin procesamiento visual) y la mirada 
fija de procesamiento de vigilia visual (sin movimientos oculares). Ellos querían probar 
si el comportamiento del cerebro durante el sueño estaba más estrechamente relacionado 
con el movimiento físico, o el procesamiento de la información visual. Los resultados 
mostraron que durante los movimientos rápidos de los ojos durante el sueño, la actividad 
cerebral estaba más estrechamente relacionada con el procesamiento visual durante la 
vigilia (sin movimiento) que con los movimientos físicos de los ojos en la oscuridad, 
donde no tiene lugar el procesamiento visual. Estos resultados sugieren que los movimientos 
rápidos de los ojos que se producen en el sueño están relacionados con el procesamiento 
visual en lugar de sólo con la activación física o movimiento. Así, los participantes en 
realidad podrían haber estado buscando una imagen del sueño, en vez de que estos 
movimientos de los ojos simplemente reflejasen la descarga motora en el cerebro. 
Aunque queda mucho por conocer, este procesamiento detallado de nuestras imágenes 
del sueño sugiere que los movimientos rápidos de los ojos pueden modular la realidad 
de nuestra actividad cerebral durante el sueño. Sabemos que se necesita el sueño para el 
descanso y el rejuvenecimiento, pero es probable que tenga otras funciones importantes. 
En línea con la primera de las teorías acerca de por qué soñamos, ¿estamos procesando 
contenido que se han  evitado conscientemente o inconscientemente durante la vigilia, 
pero de alguna manera son "necesidades" que se tratarán al menos durante el sueño para 
mantener nuestro bienestar  psicológico? ¿Son los movimientos de los ojos sencillamente 
un resultado colateral del procesamiento visual de las imágenes que soñamos? ¿Existe 
una base psicológica por la que necesitamos procesar estas imágenes durante el sueño, 
o estas ofrecen mejores resultados psicológicos de una manera similar a como dormir 
ayuda al  funcionamiento físico?
Estas y muchas preguntas impulsan la investigación en curso sobre por qué dormimos, 
cuáles son sus beneficios. 
Autor Melinda Jackson es Investigador Senior en la Escuela de Ciencias de la Salud 
de la Universidad RMIT.
Autor Rachel Schembri es investigador post-doctoral de la Facultad de Ciencias de la Salud 
de la Universidad RMIT.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.

Nueva técnica captura la actividad de todo el cerebro en una instantánea

27 de mayo de 2016

cerebral cortex density map
Mapa de densidad de corteza cerebral del ratón, muestra neuronas activas 
cuando el ratón explora un nuevo entorno. La región central (blanco, amarillo) 
representa neuronas asociadas con los bigotes. Crédito: Laboratorio de Desarrollo 
y la reparación cerebral de la Universidad Rockefeller
Cuando se trata de medir la actividad cerebral, los científicos tienen herramientas que pueden tomar una mirada precisa a una pequeña parte del cerebro (menos de un milímetro cúbico), o una mirada borrosa en un área más grande. Ahora, investigadores de la Universidad Rockefeller han descrito una nueva técnica que combina lo mejor de ambos mundos, que captura una instantánea detallada de la actividad global en el cerebro del ratón. "Queríamos desarrollar una técnica que mostrase el nivel de actividad con la precisión de una sola neurona, pero a escala de todo el cerebro", dice el autor del estudio, Nicolas Renier, estudiante postdoctoral en el laboratorio de Marc Tessier-Lavigne , profesor del Laboratorio de desarrollo del cerebro y la reparación, y presidente de la Universidad Rockefeller.

El nuevo método, descrito en la revista Cell, toma una foto de todas las neuronas activas en el cerebro en un momento específico. El cerebro de ratón contiene decenas de millones de neuronas, y una imagen típica representa la actividad de aproximadamente un millón de neuronas, dice Tessier-Lavigne. "El objetivo de la técnica es acelerar nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro."

Haciendo transparentes los cerebros 

"Debido a la naturaleza de nuestra técnica, no podemos visualizar la actividad cerebral en vivo en el tiempo, sólo vemos las neuronas que están activas en el momento específico que tomamos la instantánea", dice Eliza Adams, un estudiante graduado en el laboratorio que cooperó con el autor del estudio. "Pero lo que ganamos en esta disyuntiva es una visión completa de la mayoría de las neuronas en el cerebro, y la capacidad de comparar estas poblaciones neuronales activas entre las instantáneas de una manera robusta e imparcial." Así es como funciona la herramienta: Los investigadores exponen al ratón a una situación que le provocaría una actividad cerebral alterada como tomar un medicamento anti-psicótico, cepillarse los bigotes contra un objeto mientras que lo exploran o criar un cachorro, entonces hacen la medición después de una pausa. La pausa es importante, explica Renier, porque la técnica mide la actividad neuronal indirectamente, a través de la traducción de genes neuronales en proteínas, que toma alrededor de 30 minutos que se produzca. Luego, los investigadores tratan el cerebro para hacerlo transparente al seguimiento de una versión mejorada de un protocolo llamado iDISCO, desarrollado por Zhuhao Wu, un investigador postdoctoral asociado en el Laboratorio Tessier-Lavigne y visualizarlo mediante microscopía de lámina de luz, que toma la instantánea de neuronas activas, todo en 3D. Para determinar dónde se encuentra una neurona activa dentro del cerebro, Christoph Kirst, un compañero en el Centro de Rockefeller de Estudios en Física y Biología, desarrolló un software para detectar las neuronas activas y para asignar automáticamente la instantánea a un atlas 3D del cerebro del ratón, generado por el Instituto del cerebro Allen.

Aunque cada instantánea de la actividad cerebral típicamente incluye aproximadamente un millón de neuronas activas, los investigadores pueden tamizar a través de esa masa de datos con relativa rapidez si se comparan una instantánea a otra instantánea, dice Renier. Mediante la eliminación de las neuronas que están activas en ambas imágenes, los investigadores dejan sólo las específicos de cada uno, lo que les permite ubicar lo que es único para cada estado.

Observar y probar cómo funciona el cerebro

El propósito principal de la herramienta, agrega, es ayudar a los investigadores a generar hipótesis acerca de cómo funciona el cerebro, que luego pueden ser probadas en otros experimentos. Por ejemplo, el uso de sus nuevas técnicas, los investigadores, en colaboración con Catherine Dulac y otros científicos de la Universidad de Harvard, observó que cuando un ratón adulto se encuentra con un cachorro, se enciende una región de su cerebro que está activa durante la llamada parental, el núcleo óptico pre-medial (MPO). Pero, también se observó que, después de que se activa la región MPO, hay menos actividad en la amígdala cortical, un área que procesa las respuestas aversivas, y que se encontró que está conectada directamente a la "región de crianza" MPO.

"Nuestra hipótesis", dice Renier, "es que las neuronas de la crianza parental pisan el freno de la actividad en la región de miedo, lo que puede suprimir las respuestas aversivas que los ratones puedan tener hacia las crías." De hecho, los ratones que están siendo agresivos hacia sus cachorros tienden a mostrar una mayor actividad en la amígdala cortical. Para probar esta idea, el siguiente paso sería bloquear la actividad de esta región del cerebro para ver si esto reduce la agresión en los ratones, dice Renier. La técnica también tiene implicaciones más amplias que simplemente mirar qué áreas del cerebro del ratón están activos en diferentes situaciones, añade. Podría ser utilizada para mapear la actividad del cerebro en respuesta a cualquier cambio biológico, tales como la propagación de un fármaco o la enfermedad, o incluso para explorar cómo el cerebro toma decisiones. "Se puede usar la misma estrategia para mapear cualquier cosa que se desee en el cerebro del ratón," dice Renier.

Cmunicado de prensa de la Universidad Rockefeller

Referencia:
Renier N et al. Mapping of Brain Activity by Automated Volume Analysis of Immediate Early Genes.   Cell, Published Online May 26 2016. doi: 10.1016/j.cell.2016.05.007