Un equipo de investigadores del Instituto Max Planck de Bioquímica (Alemania), encabezado por el físico español Rubén Fernández-Busnadiego, ha conseguido obtener imágenes en 3D de las vesículas y filamentos implicados en la comunicación neuronal. El método se basa en una novedosa técnica de microscopía electrónica que enfría las células tan rápido que permite congelar las estructuras biológicas en plena actividad.“Hemos aplicado la crio-tomografía electrónica, una novedosa técnica de microscopía basada en la congelación ultrarrápida de células, al estudio y obtención de imágenes tridimensionales de la sinapsis, la estructura celular donde tiene lugar la comunicación entre las neuronas del cerebro de los mamíferos” explica a SINC Rubén Fernández-Busnadiego.
En la sinapsis una célula presináptica (emisor) libera neurotransmisores sobre otra postsináptica (receptor), generando en ella un impulso eléctrico y estableciendo así la transmisión de información nerviosa. En este trabajo los investigadores se han centrado en las diminutas vesículas (de unos 40 nanómetros de diámetro) que transportan y liberan los neurotransmisores desde los terminales presinápticos.
“Gracias a la aplicación de determinados tratamientos farmacológicos y del avanzado método de análisis de imágenes 3D que hemos desarrollado, se puede observar la multitud de estructuras filamentosas que pueblan el terminal presináptico e interactúan directamente con las vesículas sinápticas, así como descubrir su papel fundamental en respuesta a la actividad eléctrica del cerebro”, destaca Fernández-Busnadiego.
Los filamentos conectan a las vesículas entre sí y con la zona activa, la parte de la membrana celular donde se produce la liberación de los neurotransmisores. Según el físico español, estas estructuras filamentosas actúan como barreras que limitan el libre movimiento de las vesículas, manteniéndolas en su lugar hasta que llega el impulso eléctrico, además de determinar la facilidad con la que se fusionan con la membrana.
La técnica en la que se basan estos descubrimientos, la crio-tomografía electrónica, permite obtener imágenes tridimensionales del interior de las células y minimizar las alteraciones estructurales. Esto es posible porque las células no están fijadas con reactivos químicos sino que están vitrificadas, es decir, congeladas tan rápidamente que el agua de su interior no tiene tiempo de cristalizar y se mantiene en estado sólido.
El uso de microscopios especialmente equipados permite la visualización de estas muestras, que se conservan siempre a temperaturas de nitrógeno líquido (inferiores a -140 ºC). Además, este método no requiere de tinciones adicionales, por lo que la densidad de las estructuras biológicas se observa directamente.
A team of researchers from the Max Planck Institute of Biochemistry, in Germany, led by the Spanish physicist Rubén Fernández-Busnadiego, has managed to obtain 3D images of the vesicles and filaments involved in communication between neurons. The method is based on a novel technique in electron microscopy, which cools cells so quickly that their biological structures can be frozen while fully active.“We used electron cryotomography, a new technique in microscopy based on ultra-fast freezing of cells, in order to study and obtain three-dimensional images of synapsis, the cellular structure in which the communication between neurons takes place in the brains of mammals” Rubén Fernández-Busnadiego, tells SINC.
During synapsis, a presynaptic cell (emitter) releases neurotransmitters to another post-synaptic one (recipient), generating an electric impulse in it, thereby allowing nervous information to be transmitted. During this study, the researchers focused on the tiny vesicles (measuring around 40 nanometres in diameter), which transport and release the neurotransmitters from the presynaptic terminals.
“Thanks to the use of certain pharmacological treatments and the advanced 3D imaging analysis method we have developed, it is possible to observe the huge range of filamentous structures that are within the presynaptic terminal and interact directly with the synaptic vesicles, as well as to learn about their crucial role in responding to the electrical activity of the brain,” explains Fernández-Busnadiego.
The filaments connect the vesicles and also connect them with the active area, the part of the cellular membrane from which the neurotransmitters are released. According to the Spanish physicist, these filamentous structures act as barriers that block the free movement of the vesicles, keeping them in their place until the electric impulse arrives, as well as determining the ease with which they will fuse with the membrane.
The technique upon which these discoveries are based, electron cryotomography, makes it possible to obtain three-dimensional images of the inside of cells and to minimise any changes to their structure. This is possible because the cells are not fixed with chemical reagents, but are vitrified – in other words they are frozen so fast that the water inside them does not have time to crystallise, and remains in solid state.
These samples, which are always maintained at liquid nitrogen temperatures (below -140 ºC), can be viewed using specially-equipped microscopes. In addition, this method does not require any kind of additional staining, meaning the density of the biological structures can be observed directly.
Taken form Plataforma SINC español/english
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