Nuevas pistas sobre una enorme y rara célula cerebral humana

Pero ahora sabemos bastante sobre ciertos detalles celulares de su cerebro, gracias a su participación en ese estudio, que tiene su sede en el Instituto Allen. Un pequeño subproducto de su cirugía, una pieza de tejido cerebral que sus cirujanos extrajeron para acceder a su tumor, resultó contener células cerebrales humanas muy raras conocidas como neuronas von Economo. Los investigadores pudieron registrar los primeros picos eléctricos de las neuronas von Economo humanas de este tejido donado, que provenía de una región relativamente profunda del cerebro que es uno de los pocos lugares donde se encuentran las neuronas raras.

“Todos somos muy conscientes de que los tejidos que estudiamos provienen de individuos que donan generosamente parte de su cerebro en lo que a menudo es una situación difícil”, dijo Ed Lein , Ph.D., quien dirige la investigación del tipo de células cerebrales humanas en El Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro, una división del Instituto Allen. Este programa incluye estudios de tejido cerebral vivo donado por pacientes del área de Seattle que se someten a cirugía por epilepsia o tumores cerebrales. “En este caso, su donación tiene un nivel de importancia e intensidad aún mayor porque estas células son muy, muy raras”, dijo.

El anatomista Constantin von Economo, quien realizó observaciones tempranas sobre las neuronas humanas von Economo. Las neuronas de Von Economo son neuronas grandes en forma de huso que están escasamente tachonadas a través de solo tres pequeñas regiones del cerebro humano. Fueron identificados por primera vez hace aproximadamente 140 años por el científico ruso Vladimir Betz y luego llevaban el nombre del anatomista Constantin von Economo, y desde entonces han sido vistos en el cerebro de grandes simios, ballenas, delfines , vacas y elefantes . Existe la teoría de que estas neuronas raras evolucionaron independientemente en animales con cerebros particularmente grandes, o tal vez animales particularmente sociales. Parecen estar perdidos en personas con ciertas enfermedades cerebrales y son excesivamente abundantes en ” super-agers “, personas mayores que no sufren la pérdida de memoria estándar del envejecimiento. Pero los científicos realmente no entienden lo que hacen, en parte porque no se encuentran en animales de laboratorio comunes como ratones y ratas, lo que los hace difíciles de estudiar.

Junto con las primeras grabaciones eléctricas de las neuronas humanas von Economo, Lein y sus colegas también analizaron estas neuronas por el conjunto completo de genes que activan o expresan. Usando una técnica llamada transcriptómica de células individuales que puede medir la expresión génica en cientos o miles de células individuales y usar esa información para clasificarlas en categorías, encontraron un pequeño grupo de células que contenían estas neuronas von Economo. Su estudio , publicado el martes en la revista Nature Communications, descubrió que a pesar de que estas neuronas grandes tienen una forma llamativa e inusual, sus patrones de expresión génica las colocan en la misma categoría que su pariente más cercano, un tipo de célula cerebral que es un subconjunto de neurona piramidal más común. Estos patrones predijeron específicamente que pertenecen a un tipo particular de neurona piramidal que se ha estudiado ampliamente en animales de laboratorio.

“Bajo el microscopio, esta célula se ve muy diferente de una célula piramidal, pero al menos en el nivel de detalle en este estudio, parecen tener patrones de expresión génica muy similares”, dijo Rebecca Hodge , Ph.D., investigadora asistente en el Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro y coautor del estudio junto con el científico principal Jeremy Miller , Ph.D.

Pistas de ratones

Según el análisis, es probable que las neuronas von Economo sean miembros de una clase mayor de neuronas conocidas como neuronas de proyección extratelencefálica, o neuronas ET. Los investigadores dijeron que esa clasificación puede informar conjeturas acerca de lo que hacen nuestras neuronas von Economo, porque las neuronas ET son mucho más comunes tanto en nuestros cerebros como en animales que los científicos pueden estudiar más fácilmente en el laboratorio, como los ratones. Los estudios en animales han encontrado que las neuronas ET envían señales de larga distancia desde su hogar en la corteza, la capa más externa del cerebro, a regiones mucho más profundas del cerebro, incluido el tronco encefálico.

No hay forma de rastrear la ruta de cableado completa de una neurona humana von Economo: ese tipo de experimento solo se puede hacer en un animal de laboratorio genéticamente modificado. Pero debido a que casi todas las neuronas humanas tienen una contrapartida aproximada en el cerebro del ratón, como descubrió un estudio anterior del Instituto Allen , es razonable suponer que nuestras neuronas von Economo también podrían ser comunicadores de largo alcance, dijo Lein.

Él y sus colegas ahora están realizando un análisis más amplio para ver si el muestreo de más de estas células raras revelará un patrón único de expresión del gen von Economo.

Experimentos de alta presión.

Los neurocientíficos del Instituto Allen Brian Kalmbach , Ph.D., y Jonathan Ting , Ph.D., también autores del estudio, estaban listos y esperando para comenzar las grabaciones eléctricas el día que llegó la rara muestra de cerebro. Sabían que este tejido provenía de una de las pocas secciones del cerebro que contienen neuronas von Economo, por lo que inmediatamente comenzaron a buscar a través de las finas rebanadas de cerebro bajo un microscopio para encontrar esa forma característica del huso.

Esta película muestra grabaciones eléctricas de una célula cerebral de ratón vivo (no una neurona von Economo) tomadas en el laboratorio de electrofisiología del Instituto Allen. La presión estaba activa, tanto en sentido figurado como, literalmente. Para capturar las señales eléctricas de las neuronas, los científicos tienen que perforar cuidadosamente cada célula con una pequeña pipeta de vidrio, poniendo la cantidad justa de presión en la punta microscópicamente delgada para mantener intacta la membrana externa de la célula. Es un trabajo delicado en el mejor de los días y con esa muestra en particular, era casi imposible, dijo Kalmbach. Las neuronas de Von Economo resultaron ser especialmente frágiles, tal vez porque son muy grandes, y las células se caían en pedazos frente a sus ojos. “Iría a tocar las células con la pipeta y explotarían”, dijo Kalmbach. “Fue súper frustrante. Pero afortunadamente, finalmente pudimos grabar desde algunas de las celdas, lo cual fue realmente emocionante ya que no se había hecho antes ”.

Entre los dos científicos, pudieron capturar señales eléctricas de tres neuronas von Economo en esa preciosa muestra de cerebro, la primera vez que una pieza viva de esta región profunda del cerebro humano había cruzado la puerta. Al igual que con su forma distintiva, estas neuronas parecen tener propiedades eléctricas únicas en comparación con otros tipos de neuronas, encontraron los investigadores, aunque todavía no saben qué significan esas diferencias eléctricas.

Junto con los estudios en curso de expresión génica de las neuronas von Economo de cerebros post mortem, los equipos del Instituto Allen han recibido muestras vivas de otra región del cerebro que contiene estas células y están utilizando nuevas técnicas para profundizar en las propiedades inusuales de las células.

“En este punto estamos realmente en la fase descriptiva de entender estas neuronas”, dijo Lein. “Todavía hay muchos misterios restantes”.

El estudio fue una colaboración entre investigadores del Instituto Allen, el Instituto J. Craig Venter, UW Medicine y el Instituto Sueco de Neurociencia. Para obtener una lista completa de autores, consulte el artículo aquí .

La investigación descrita en este artículo fue apoyada en parte por el Instituto Nacional de Salud Mental con el número de premio U01 MH114812-02 y el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares de los Institutos Nacionales de Salud con el número de premio R25NS095377. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente los puntos de vista oficiales de los Institutos Nacionales de Salud.