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Un sistema para rastrear los químicos cerebrales

Jueves 13 Septiembre, 2018 en  Ciencia y Tecnología

Investigadores de la Universidad de California Los Ángeles y la Universidad de Columbia desarrollaron un método novedoso para rastrear la actividad de moléculas pequeñas en el cerebro.

quimica-cerebro

(Europa Press) Investigadores de la Universidad de California Los Ángeles (UCLA) y la Universidad de Columbia, ambas en Estados Unidos, desarrollaron un método novedoso para rastrear la actividad de moléculas pequeñas en el cerebro, incluidos los neurotransmisores serotonina y dopamina. Combinando diminutos receptores artificiales con dispositivos semiconductores que pueden funcionar en tejido vivo, el equipo pudo observar sustancias químicas cerebrales con un alto nivel de detalle.

La investigación, cuyos resultados se reflejan en un artículo publicado en la revista ‘Science’, es parte de la Iniciativa BRAIN, una colaboración a gran escala entre el gobierno, la industria privada, organizaciones sin fines de lucro y numerosos colegios y universidades.

“Comprender los fundamentos de cómo se produce la neurotransmisión nos ayudará a entender no solo cómo funcionan nuestros cerebros, sino también lo que está sucediendo en los trastornos psiquiátricos –dice Andrews–. Para avanzar con tratamientos dramáticamente mejores, debemos comprender cómo codificamos la información sobre la ansiedad o el estado de ánimo, procesos que pueden salir mal, a veces con consecuencias devastadoras”.

“La idea de este proyecto comenzó hace 20 años –explica la investigadora principal, Anne M. Andrews, profesora de Psiquiatría y Química en UCLA–. Nació de una necesidad crítica en mi propia investigación sobre la serotonina. Mi grupo estaba utilizando la última técnica de monitorización in vivo, pero se hizo evidente para mí que la mejora de los métodos en la mano no iba a ser suficiente para proporcionar la resolución necesaria. Necesitábamos una estrategia de detección totalmente nueva”. Esto llevó a la colaboración con Paul Weiss, profesor de Química y Ciencia de los Materiales en UCLA.

Andrews imaginó acoplar receptores artificiales con una plataforma de señalización a nanoescala. Sin embargo, un obstáculo importante fue que los transistores necesarios, que son unidades básicas de ordenadores y teléfonos celulares, y que se necesitan para procesar una señal, no funcionan bien en ambientes húmedos y salados.

El semiconductor

“El caballo de batalla de cualquier transistor es el semiconductor –explica Andrews–. Pero cuando lo pones en agua salada, los iones de sal –átomos cargados– se alinean en la superficie del semiconductor, y lo protegen, evitando la detección de cambios en el campo eléctrico. La pregunta era, ‘¿cómo podemos aprovechar la poderosa ciencia y la sensibilidad de los transistores existentes para usarlos en entornos con alto contenido en sal como el cerebro?”. Una colaboración con Yang Yang, un profesor de ciencia de los materiales en la UCLA, proporcionó al equipo materiales de semiconductores a nanoescala de alto rendimiento.

Mirar hacia la naturaleza es a veces más efectivo que idear métodos totalmente nuevos, según Andrews. Entonces, esta experta se asoció con el profesor Milan Stojanovi y el doctor Kyung-Ae Yang, ambos de Columbia, que estaban usando secuencias de ácido nucleico como receptores. Una ventaja de estas biomoléculas es que son más pequeñas que los receptores de proteínas más voluminosos utilizados por las células nativas y otros investigadores para los biosensores.

“Nuestro avance fue que utilizamos un tipo diferente de receptor que estaba inspirado biológicamente, después de todo, la vida comenzó con ARN”, subraya Andrews. Los investigadores de Columbia desarrollan secuencias de ácido nucleico que actúan como receptores, llamados aptámeros, que son lo suficientemente pequeños como para que una parte se acerque a las superficies semiconductoras. Y en esto, hemos superado el problema de “protección de sal”.

En el nuevo documento, el equipo identificó y evaluó con éxito los receptores de la serotonina, la dopamina y la glucosa. De esta forma, los autores descubrieron que los receptores son extremadamente selectivos, y solo unen las moléculas a las que fueron diseñadas para unirse. El sistema fue exitoso incluso en tejido cerebral vivo de ratones.


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