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Un sistema de sinapsis artificial reconecta circuitos neuronales a distancia

A partir de los neuropéptidos de una hidra, un grupo de investigadores creó una sinapsis artificial que logró reconectar un circuito neuronal ligado a un comportamiento en el gusano C. elegans. El sistema funciona a distancia: logra que solamente los elementos dotados de un receptor químico específico puedan comunicarse, sin que el resto de las neuronas intervengan.

Un nuevo estudio desarrollado en el Laboratorio de Biología Marina (MBL) de la Universidad de Chicago, en Estados Unidos, permitió concretar un proceso de sinapsis artificial a distancia. Los científicos pudieron reestablecer un circuito neuronal en un gusano C. elegans, gracias a los neuropéptidos aportados por una hidra.

El proceso se hace posible gracias a un sistema de comunicación remota: como si se tratara de dos personas que se comunican con sus teléfonos móviles, los elementos neuronales que intervienen «dialogan» entre sí y dejan de lado al resto de las neuronas. Lo logran a partir de un receptor químico que solamente pueden decodificar las partes que intervienen, una especie de «código exclusivo».

El rol clave de los neuropéptidos

En este caso, la comunicación se estableció entre los neuropéptidos del cerebro de la hidra, un pequeño organismo de agua dulce de solo unos pocos milímetros de longitud, y las neuronas del gusano.

Los neuropéptidos de la hidra fueron sintetizados químicamente para que puedan ser expresados mediante mutaciones genéticas en C. elegans, un nematodo de aproximadamente 1 milímetro de largo con amplia aplicación en estudios biológicos.

Vale recordar que los neuropéptidos son pequeñas moléculas conformadas por la unión de tres o más aminoácidos. Tienen acción directa sobre el sistema nervioso, pudiendo ejercer funciones como neurotransmisores, neuromoduladores y hasta como neurohormonas.

En el marco de la nueva investigación, fueron utilizados para modular la actividad de los neurotransmisores y así aumentar la fuerza de los impulsos entre las neuronas, permitiendo el reestablecimiento del circuito neuronal en el gusano.

Tema relacionado: Los gusanos transfieren sus aprendizajes a sus compañeros.

Reestablecer el comportamiento perdido

Según una nota de prensa, ninguna de las otras sinapsis en el cerebro del gusano, con excepción de la creada artificialmente mediante el receptor químico y el neuropéptido de la hidra, podía escuchar la «orden» que permitió reconectar el circuito neuronal.

Este sistema de comunicación «privada» a distancia es una de las principales innovaciones del estudio, publicado recientemente en la revista Nature Communications.

Los investigadores emplearon una línea genética mutante de C. elegans que no contaba con la conexión neuronal dedicada a controlar un comportamiento específico: concretamente, enviaba una señal a los gusanos para que dejaran de buscar alimento, porque ya era suficiente por hoy.

Los científicos crearon dos vías genéticas separadas: una que contenía el neuropéptido de la hidra y otra con el receptor químico para que pudiera influir en el gusano. Al unirse, ambos elementos lograron «revivir» el circuito neuronal. De esta forma, la sinapsis artificial obtuvo el mismo resultado que la natural y se reestableció el comportamiento ausente en C. elegans.

Saber más sobre el funcionamiento del cerebro

De acuerdo a los especialistas, los péptidos neuromoduladores no solamente hacen posible la comunicación a distancia entre neuronas: también aportan más flexibilidad a los investigadores para manipular neuronas que no son adyacentes entre sí. Esta posibilidad abre un nuevo camino de investigación, que incluso en algún momento podría tener impacto en el cerebro humano.

Si fue posible concretar esta sinapsis artificial entre dos organismos simples como la hidra y el gusano C. elegans, los científicos se entusiasman pensando en las posibilidades a futuro de esta técnica.

Frente a la diversidad de conexiones sinápticas en el cerebro de cualquier animal, la posibilidad de elegir elementos a «incorporar» artificialmente en otro organismo podría acelerar enormemente la comprensión del funcionamiento cerebral.

Referencia

A genetically encoded tool for reconstituting synthetic modulatory neurotransmission and reconnect neural circuits in vivo. Hawk, J.D., Wisdom, E.M., Sengupta, T. et al. Nature Communications (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-021-24690-9

Foto: gusanos C. elegans con proteína verde fluorescente (GFP) insertada en sus neuronas para visualizar el desarrollo neuronal. Crédito: Heiti Paves, Wikimedia Commons.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

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