Resumen: Un microscopio portátil recientemente inventado produce imágenes de alta definición y en tiempo real de las neuronas y la actividad en la médula espinal del ratón en regiones previamente inaccesibles.

Fuente: instituto salk

La médula espinal actúa como un mensajero, transportando señales entre el cerebro y el cuerpo para regularlo todo, desde la respiración hasta el movimiento. Aunque se sabe que la médula espinal desempeña un papel esencial en la transmisión de señales de dolor, la tecnología ha limitado la comprensión de los científicos sobre cómo se lleva a cabo este proceso a nivel celular.

Ahora, los científicos de Salk han creado microscopios portátiles para permitir una visión sin precedentes de los patrones de señalización que se producen en la médula espinal de los ratones.

Este avance tecnológico, detallado en dos artículos publicados en Comunicaciones de la naturaleza el 21 de marzo de 2023, y Naturaleza Biotecnología el 6 de marzo de 2023, ayudará a los investigadores a comprender mejor la base neural de las sensaciones y el movimiento en contextos saludables y de enfermedades, como el dolor crónico, la picazón, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o la esclerosis múltiple (EM).

«Estos nuevos microscopios portátiles nos permiten ver la actividad nerviosa relacionada con la sensación y el movimiento en regiones y a velocidades inaccesibles para otras tecnologías de alta resolución», dice el autor principal Axel Nimmerjahn, profesor asociado y director del Centro de Biofotónica Avanzada de Waitt. “Nuestros microscopios portátiles cambian fundamentalmente lo que es posible al estudiar el sistema nervioso central”.

Los microscopios portátiles tienen aproximadamente siete y catorce milímetros de ancho (aproximadamente el ancho de un dedo meñique o el ancho de la médula espinal humana) y proporcionan imágenes multicolores de alta resolución y alto contraste en tiempo real en regiones previamente inaccesibles de la columna vertebral. cable. La nueva tecnología se puede combinar con un implante de microprisma, que es un pequeño elemento de vidrio reflectante colocado cerca de las regiones de interés del tejido.

“El microprisma aumenta la profundidad de la imagen, de modo que las células que antes eran inaccesibles pueden visualizarse por primera vez. También permite que las células a varias profundidades se visualicen simultáneamente y con una mínima alteración del tejido”, dice Erin Carey, coautora de uno de los estudios e investigadora en el laboratorio de Nimmerjahn.

Pavel Shekhmeyster, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Nimmerjahn y coautor principal de ambos estudios, está de acuerdo: «Superamos las barreras del campo de visión y la profundidad en el contexto de la investigación de la médula espinal. Nuestros microscopios portátiles son lo suficientemente livianos para que los lleven ratones y permiten mediciones que antes se consideraban imposibles”.

Con los nuevos microscopios, el equipo de Nimmerjahn comenzó a aplicar la tecnología para recopilar nueva información sobre el sistema nervioso central. En particular, querían obtener imágenes de astrocitos, células gliales no neuronales con forma de estrella, en la médula espinal porque el trabajo anterior del equipo sugería la participación inesperada de las células en el procesamiento del dolor.

El equipo descubrió que apretar las colas de los ratones activaba los astrocitos y enviaba señales coordinadas a los segmentos de la médula espinal. Antes de la invención de los nuevos microscopios, era imposible saber cómo era la actividad de los astrocitos, o qué cualquier la actividad celular apareció en esas regiones de la médula espinal de los animales en movimiento.

“Poder visualizar cuándo y dónde ocurren las señales de dolor y qué células participan en este proceso nos permite probar y diseñar intervenciones terapéuticas”, dice Daniela Duarte, coautora de uno de los estudios e investigadora del laboratorio de Nimmerjahn. “Estos nuevos microscopios podrían revolucionar el estudio del dolor”.

El equipo de Nimmerjahn ya ha comenzado a investigar cómo se altera la actividad neuronal y no neuronal en la médula espinal en diferentes condiciones de dolor y cómo varios tratamientos controlan la actividad celular anormal.

Otros autores incluyen a Alexander Ngo, Grace Gao, Nicholas A. Nelson, Jack A. Olmstead y Charles L. Clark de Salk.

Financiación: El trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (R01NS108034, U19NS112959, U19NS123719, U01NS103522 y F31NS120619), una subvención del Instituto Nacional de Capacitación en Salud (T32/CMG), Sol Goldman Charitable Trust, C. y L. Greenfield , una beca de posgrado de la Fundación Rose Hills, el premio Burt and Ethel Aginsky Research Scholar, la beca de posgrado Kavli-Helinski Endowment y la subvención de innovación Salk.

Sobre esta noticia de investigación en neurotecnología

Autor: oficina de prensa
Fuente: instituto salk
Contacto: Oficina de Prensa – Instituto Salk
Imagen: La imagen está acreditada al Instituto Salk.

Búsqueda original: Acceso libre.
“Imágenes translaminares multiplex en la médula espinal de ratones con buen comportamiento” por Axel Nimmerjahn et al. Comunicaciones de la naturaleza

Acceso libre.
“Imágenes transegmentarias en la médula espinal de ratones con buen comportamiento” por Axel Nimmerjahn et al. Naturaleza Biotecnología

Abstracto

Imágenes translaminares multiplex en la médula espinal de ratones con buen comportamiento

Aunque se sabe que la médula espinal desempeña funciones críticas en el procesamiento sensoriomotor, incluida la señalización relacionada con el dolor, los patrones de actividad correspondientes en los tipos de células definidas genéticamente en las láminas espinales siguen siendo difíciles de investigar. Las imágenes de calcio han permitido medir la actividad celular en roedores que se portan bien, pero actualmente se limitan a las regiones superficiales.

Aquí, utilizando microprismas implantados de forma crónica, registramos la actividad motora y sensorial en regiones ya velocidades inaccesibles mediante otras técnicas de imagen de alta resolución. Para permitir la obtención de imágenes translaminares en animales en libertad a través de microprismas implantados, también hemos desarrollado microscopios portátiles con microlentes personalizados.

Este sistema aborda varios desafíos de los microscopios portátiles anteriores, incluida su distancia de trabajo, resolución, contraste y rango acromático limitados. Usando este sistema, mostramos que los astrocitos del asta dorsal en ratones que se comportan bien muestran una excitación de calcio específica de la lámina y dependiente del programa sensoriomotor.

Además, mostramos que las neuronas que expresan el precursor de taquiquinina 1 (Tac1) exhiben actividad translaminar para el dolor mecánico agudo, pero no para la locomoción.

Abstracto

Imágenes transegmentarias en la médula espinal de ratones con buen comportamiento

Los circuitos de la médula espinal desempeñan un papel crucial en la transmisión del dolor, pero los patrones de actividad subyacentes dentro y entre los segmentos de la columna vertebral en ratones que se comportan bien siguen siendo esquivos.

Hemos desarrollado un macroscopio portátil de campo amplio con una lente de 7,9 mm^dos campo de visión, resolución lateral de ~3 a 4 μm, distancia de trabajo de 2,7 mm y peso total <10 g y muestran que los estímulos mecánicos dolorosos muy localizados provocan una excitación de astrocitos generalizada y coordinada en varios segmentos espinales.