Imágenes de plasticidad estructural de la columna vertebral única a nivel de nanoescala – ScienceDaily

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En su mayor parte, el clic implacable de los obturadores de las cámaras es un sonido demasiado familiar asociado con los viajes y las vacaciones. Al aventurarse a un nuevo lugar, los viajeros de todo el mundo están constantemente en la búsqueda de esa foto perfecta digna de Instagram. Perseverando a través de muchas tomas, los fotógrafos aficionados luchan contra los fondos borrosos, los ojos cerrados y los transeúntes con bombas fotográficas, todo en busca de esa imagen perfecta y siempre esquiva.

Resulta que los neurocientíficos son muy similares a los viajeros a este respecto, desarrollando y practicando constantemente nuevas formas de capturar imágenes perfectas y nítidas. Pero en lugar de pintorescos escenarios naturales o impactantes escenas de la ciudad, los neurocientíficos están interesados ​​en instantáneas detalladas de las células cerebrales y sus estructuras a pequeña escala.

El Yasuda Lab de MPFI tiene una experiencia increíble en estructuras cerebrales a pequeña escala, centrado en estudiar los cambios dinámicos en pequeños compartimentos sinápticos llamados espinas dendríticas. Los cambios robustos en la estructura de la columna vertebral conocidos como plasticidad estructural permiten que las sinapsis modifiquen de manera robusta su fuerza de conexión. Al hacerlo, las células cerebrales pueden fortalecer activamente las conexiones importantes y debilitar las menos necesarias. Se cree que este proceso es la base de la forma en que aprendemos y recordamos. Pero revelar las sutiles estructuras de las espinas en detalle durante un proceso tan dinámico es una empresa difícil. Hasta hace poco, las metodologías de imágenes carecían de la capacidad para hacer esto.

En una publicación reciente en La revista de neurociencia, Los investigadores de Yasuda Lab han desarrollado una nueva y poderosa estrategia de imágenes que puede visualizar los sutiles cambios ultraestructurales de las espinas dendríticas durante la plasticidad estructural. Al modificar y desarrollar una técnica de imagen establecida conocida como microscopía correlativa de luz y electrónica (CLEM), los científicos de MPFI aprovecharon lo mejor que pueden proporcionar ambas modalidades de imagen.

«Las espinas dendríticas son compartimentos neuronales tan pequeños que es difícil obtener una imagen precisa de lo que realmente está sucediendo en términos de cambios estructurales utilizando métodos de imagen tradicionales», explica el Dr. Ryohei Yasuda, director científico de MPFI. «Utilizando técnicas ópticas más estándar, como la microscopía de 2 fotones, las espinas dendríticas se ven como esferas lisas. De hecho, sabemos por el uso de métodos de obtención de imágenes más potentes, como la microscopía electrónica, que el tamaño y la forma reales de las espinas son muy , estábamos interesados ​​en saber qué cambios ocurren durante las diversas etapas de la plasticidad estructural, en una resolución en la que pudiéramos echar un vistazo más profundo a la complejidad de la columna «.

El equipo de MPFI primero indujo la plasticidad estructural en espinas dendríticas individuales utilizando microscopía de luz de 2 fotones y eliminación de glutamato. Luego, la columna inducida se fijó a lo largo del tiempo en uno de tres puntos de tiempo distintos, que representan las principales etapas de la plasticidad estructural. En estrecha colaboración con el núcleo de microscopía electrónica (EM) de MPFI, se cortaron muestras de tejido cerebral que contenían las espinas estimuladas en secciones ultrafinas utilizando un dispositivo especializado llamado ATUMtome. Luego, estas secciones se reprodujeron utilizando el poder de resolución extremo del microscopio electrónico para revelar detalles ultraestructurales y reconstruir imágenes precisas de la compleja topografía de la columna.

«Cuando comenzamos este proyecto, nuestro objetivo era ver si era posible cosechar espinas en varias etapas de plasticidad estructural, reposicionarlas con éxito y resolver su ultraestructura utilizando EM», describe Ye Sun, Ph.D., un ex graduado estudiante del Yasuda Lab y primer autor de la publicación. «Las formas individuales de plasticidad estructural específica de la columna vertebral nunca se habían visualizado de esta manera antes. La Dra. Naomi kamasawa, jefa de EM Core en MPFI, fue fundamental para ayudar a establecer y optimizar nuestro flujo de trabajo EM para el proyecto».

Al observar las imágenes de la columna vertebral reconstruidas, el equipo de MPFI notó cambios únicos en una región rica en proteínas de las espinas dendríticas llamada densidad postsináptica (PSD). Esta región es de fundamental importancia para la columna vertebral, involucrada en la regulación de la fuerza sináptica y la plasticidad. Los investigadores de MPFI encontraron que en comparación con las espinas de control, el área y el tamaño de la región de PSD fue significativamente mayor en las espinas que experimentaron plasticidad estructural. El crecimiento de PSD en estas espinas se produjo en una escala de tiempo más lenta, tardando horas en alcanzar su máximo cambio. Curiosamente, mientras que el crecimiento fue a una escala más lenta, la estructura de PSD en las espinas estimuladas se reorganizó a un ritmo rápido. Después de la inducción de plasticidad estructural, la complejidad del PSD aumentó inmediatamente, transformándose dramáticamente en forma y características estructurales.

«Nuestra estrategia de obtención de imágenes sinergiza lo mejor de las microscopías ópticas y EM, lo que nos permite estudiar cambios estructurales nunca antes vistos en la columna con una resolución a nanoescala», señala el Dr. Yasuda. “Para el futuro, nuestro laboratorio está interesado en utilizar este nuevo protocolo junto con técnicas moleculares avanzadas, como SLENDR, para estudiar la dinámica de proteínas individuales en conjunto con cambios estructurales finamente detallados durante la plasticidad estructural de la columna.

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