Emociones y pensamientos se pueden ver gracias a microscopio de dos fotones – Centro de Neurociencia Valparaíso

Emociones y pensamientos se pueden ver gracias a microscopio de dos fotones

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Por Carolina Todorovic, Agencia Inés Llambías Comunicaciones

Equipo, pionero en Chile, fue recientemente inaugurado por investigadores del Centro Interdisciplinario de Neurociencia, de la Universidad de Valparaíso, CINV.

Instrumento permite observar circuitos neuronales y su actividad en vivo y tres dimensiones, en condiciones de salud y enfermedad.

Mirar los circuitos neuronales involucrados en las emociones, recuerdos y pensamientos, es lo que permite el primer microscopio de dos fotones en Chile, recientemente inaugurado en la Universidad de Valparaíso. El equipo, que amplifica imágenes a un tamaño 1200 veces superior al original, en tiempo real y tres dimensiones, fue presentado ante la comunidad científica y autoridades, por el Dr. Ramón Latorre, director del Centro Interdisciplinario de Neurociencia, de la Universidad de Valparaíso, CINV; Aldo Valle, Rector de la UV, y el Dr. Andrés Chávez, director del Núcleo Milenio NuMIND e investigador del CINV.

“El microscopio nos permite desentrañar cómo funciona nuestro cerebro para generar una conducta. Esto es, cómo pensamos, y de qué manera se generan nuestros miedos, placeres, emociones y memorias, entre otros comportamientos”, explicó el Dr. Andrés Chávez durante la jornada.

El instrumento, que ya está en marcha blanca, también posibilita observar la actividad neuronal en el animal vivo, conocer los cambios morfológicos de sus células, y en diversos procesos como el aprendizaje. Con esto se consolida el sistema de microscopía avanzada más completo del país. “El descubrimiento es de los que se atreven. Y estamos muy orgullosos de haber adquirido este equipo, que nos permite ver lo invisible. Es un microscopio único en Chile gracias al cual, realmente, se puede caracterizar el sistema nervioso en vivo, lo que no se logra con otras tecnologías. Pero además, esto también es una fuente de enseñanza, aprendizaje, y un motor para hacer buena ciencia”, señaló el Dr. Ramón Latorre.

Dos fotones en Chile

El aparato fue instalado sobre una mesa de 693 kilos especialmente diseñada para impedir cualquier movimiento. Y a cargo de este proceso estuvo la misma mujer que lo está utilizando: la Dra. Chiayu Chiu, científica taiwanesa  y una de las dos ganadoras del primer concurso internacional, impulsado por el Centro Interdisciplinario de Neurociencia, de la U. de Valparaíso y los institutos Max Planck.

Con un costo total de 400 millones de pesos, comenzó a estar operativo luego de 18 meses de implementación y acondicionamiento de la sala y estructura que lo sostiene, una plataforma de 1,2 metros de ancho, por 3 de metros de largo, que flota en el aire gracias a un sistema de presión impulsado por nitrógeno.

Así, en su laboratorio al interior la Universidad de Valparaíso, la investigadora ya puede observar imágenes que, gracias al uso de un potente laser y un sistema de espejos, son proyectadas y luego transferidas a dos pantallas, que permiten ver y navegar en los tejidos. Emociones como el miedo y su reacción en el cerebro, también esperan ser analizadas por la científica.

Este tipo de microscopio de última generación fue empleado por primera vez en 1990,  en la Universidad de Cornell y se utiliza como alternativa a la microscopía confocal tradicional, debido a que ofrece una visualización más profunda (1mm app), un menor daño a la muestra o área a estudiar y una ausencia de “blanqueamiento” de las partes que están fuera del foco.  A diferencia de otros, permite estudiar la actividad neuronal en vivo, y observar los cambios morfológicos de sus células, como por ejemplo, cambios en el sistema nervioso después de que éste asimile algún nuevo proceso, lo cual es clave para comprender la plasticidad cerebral.

“En el computador estamos mirando somas –el cuerpo celular de la neurona-, en una zona de la corteza cerebral. Es como si estuviéramos observando desde arriba y en profundidad, que es una de las ventajas del equipo a diferencia de los microscopios convencionales. Y todo esto se ve en tiempo real, gracias a algunos instrumentos que nos permiten reconstruir la imagen”, comenta la Dra. Chiu, mientras manipula el equipo.

El microscopio fue adquirido con fondos de un proyecto Fondequip, de Conicyt, obtenido por el Dr. Andrés Chávez, director del Núcleo Milenio NuMIND, e investigador del CINV, y los aportes de la Universidad de Valparaíso y el Instituto Milenio CINV. “Es uno de los instrumentos más modernos del país, y nos permitirá comprender como se comunican las neuronas en condiciones normales y que sucede con ellas en condiciones patológicas”, explica el investigador.

El equipo detecta fluorescencia a una gran profundidad, pudiendo observar las neuronas de todas las capas de la corteza en el animal vivo durante un tiempo prolongado, lo cual permite estudiar el funcionamiento cerebral a pequeña y a gran escala. Esto, desde neuronas únicas hasta redes completas, reconstruyendo su conectividad y aislando sus componentes más pequeños. Estos componentes confieren a las neuronas su carácter excitatorio o inhibitorio y su desequilibrio puede ocasionar enfermedades como la epilepsia.

La tecnología de este aparato evita las limitaciones propias de otras técnicas que “iluminan” áreas que no son el foco de interés, e introducen “ruido” en el estudio, alterando la interpretación de los datos. Esta mayor resolución espacial se consigue gracias a que las moléculas del área a estudiar son excitadas mediante la absorción simultánea de dos fotones (partículas elementales que portan la luz, rayos x y otras ondas elecromagnéticas), a diferencia de la microscopía convencional cuya técnica permite solamente absorber un fotón). Esto permite que la capacidad de visualización se cuadriplique, aumentando la señal y disminuyendo el daño provocado por el láser del microscopio.

La presencia de este microscopio, junto con el resto de equipamiento disponible en el CINV, lo posiciona como centro de referencia en microscopía en Chile y auspicia un futuro brillante en el estudio del sistema nervioso, empleando técnicas de vanguardia de la mano de los mejores científicos a nivel nacional e internacional.

Dra. Chayu Chiu

De pelo liso sobre los hombros, personalidad enérgica y sonrisa contagiosa, la actual figura de Chiayu se aleja bastante de lo que ella recuerda de sí misma: una niña sumamente tímidaNació en Taiwán, vivió más de tres décadas en Estados Unidos y ahora, se instaló en Valparaíso, para seguir adelante con su sueño: entender el funcionamiento del cerebro y, en particular, de un tipo de células llamadas interneuronas, que controlan la capacidad de pensar, captar el mundo exterior e integrar información.

Casada con un científico chileno y madre de dos hijos, la científica de 44 años dejó la Universidad de Yale a fines del 2016, para radicarse en la ciudad porteña y dedicarse por completo a sus investigaciones. En los laboratorios de CINV, cuenta con la tecnología y un equipo humano que la apoya en esta misión, para la cual dispone de 150 mil dólares anuales, durante 5 años. Esto, en una modalidad de trabajo pionera en Chile, fomentada por CINV y los Institutos Max Planck –entidad europea que ha dado origen a 18 Premios Nobel en el mundo.

“Me interesa comprender cómo se comunica el sistema nervioso central para generar conductas, y entender cómo las experiencias diarias nos generan comportamiento”, señala. La investigadora también expresa su entusiasmo por el nuevo desafío donde puede realizar su investigación desde múltiples enfoques, “como biofísica, biología molecular, computación y biología del desarrollo, junto a un excelente grupo humano y profesional que desde ya me está respaldando”, comenta.

Sus estudios también podrían ser base para entender enfermedades y crear en el futuro mejores tratamientos para condiciones como epilepsia, esquizofrenia y autismo. De hecho, en colaboración con el Dr. Chávez, trajo a Chile algunas líneas de modelos animales transgénicos con los que espera analizar variados aspectos de la comunicación neuronal en salud y enfermedad. Para esta gran tarea, y junto al microscopio, también cuentan con herramientas de farmacología y optogenética. Esta última, es una estrategia que combina métodos ópticos de destello de luz, con métodos genéticos para transferir ADN a un grupo específico de neuronas con el fin de poder estimularlas o literalmente apagarlas. “Esta última, es una estrategia experimental que nos permite identificar un grupo específico de neuronas con marcadores fluorescentes incorporados específicamente a esas células mediante métodos genéticos”, explica el Dr. Ramón Latorre, director del CINV.

El Dr. Andrés Chávez, valora profundamente la presencia de la científica con quien desarrolla una estrecha colaboración. “El hecho de que Chiayu esté en Chile no solo es beneficioso para la universidad y para mí como investigador pues tenemos una colaboración en curso bastante atractiva, sino que para el país entero. Es un gran plus contar con una colega que es respaldada por una institución que ha dado nacimiento a muchos Premios Nobel, como los Institutos Max Planck. Además, es un espaldarazo que confirma que en nuestro país y en esta ciudad, podemos fortalecer la actividad científica y aportar así, al desarrollo de nuestra sociedad”.

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