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Consiguen ver con minicámaras las alteraciones neuronales que provoca el Alzheimer en el cerebro de ratones vivos

Investigadores de la Universidad de Málaga participan en un estudio internacional liderado por el Dr. Xiangmin Xu de la Universidad de California donde se analiza por primera imágenes obtenidas de un miniscopio colocado en roedores con esta patología para observar como las conexiones neuronales se ven afectadas durante el progreso de esta enfermedad. Los ensayos corroboran los defectos en la memoria a corto plazo y en la orientación espacial, sobre todo en individuos mayores, propios de la patología. 


Málaga |
07 de febrero de 2022

Un equipo de investigación de la Universidad de Málaga participa en un estudio internacional liderado por la Universidad de California que ha logrado ver por primera vez las alteraciones en la actividad de las neuronas propias de la enfermedad de Alzheimer en ratones en movimiento. Para ello, colocaron unas minicámaras sobre la cabeza de los roedores que permiten detectar las áreas del cerebro afectadas por la patología que provocan la desorientación y pérdida de memoria a corto plazo.

Ratón empleado en el estudio que lleva una minicámara conectada a su cabeza.

Conseguir ver qué ocurre dentro de un cerebro activo supone aún un reto para la comunidad científica. Este mapeo de la actividad cerebral se complica cuando se intentan detectar alteraciones asociadas a los comportamientos de ciertas enfermedades como el Alzheimer, donde existe pérdida progresiva de memoria. Para ello, los investigadores han colocado minicámaras en ratones que padecen la enfermedad. Las imágenes de miniscopio montados en la cabeza permiten examinar cientos de células cerebrales en acción con una gran resolución, mientras el animal explora libremente los entornos.

Estos equipos miden la fluorescencia asociada a la actividad neuronal en el hipocampo mediado por calcio, es decir, captan las zonas iluminadas en esta zona cerebral donde existe este compuesto. “El calcio permite la transmisión eléctrica de las señales en el cerebro. Regula las conexiones entre neuronas”, detalla a la Fundación Descubre el investigador del Departamento de Biología Celular, Genética y Fisiología de la Universidad de Málaga David Baglietto Vargas, que ha participado en este estudio internacional.

Equipo de expertos que ha participado en este proyecto. Arriba, el investigador de la UMA David Baglietto Vargas. Abajo, el experto de la Universidad de California Frank M LaFerla. A la derecha de la imagen, los investigadores, de izquierda a derecha, Xiangmin Xu, Xiaoxiao Lin y Lujia Chen.

Esta técnica de imagen de calcio permite a los investigadores comprender cómo se interconectan las neuronas en el cerebro de animales que se mueven libremente. En concreto, en el estudio ‘Spatial coding defects of hippocampal neural ensemble calcium activities in the triple-transgenic Alzheimer’s disease mouse model’ publicado en la revista Neurobiology of Disease, los expertos detectan cambios en la actividad de los circuitos neuronal de un modelo de ratón con Alzheimer que dependen de la edad. Los ensayos evidencian defectos en la actividad espacial de los roedores asociados a la desorientación que sufren en ocasiones los enfermos, así como a sus déficits de memoria.

Ratones en directo

Para obtener estas conclusiones, el equipo internacional midió la actividad neuronal mediada por calcio en las neuronas del hipocampo, la zona del cerebro profundo implicado en funciones como la memoria, en un modelo animal. En concreto, en el ratón con enfermedad de Alzheimer transgénico triple (3xTg-AD). Este roedor, que fue desarrollado por el investigador internacional de la Universidad de California Frank LaFerla, en el que ha trabajado durante su etapa posdoctoral el investigador de la UMA, David Baglietto Vargas, presenta una de las características propias de la enfermedad: acumulación de la proteínas beta-amiloide y tau, así como defectos de comportamiento relacionados con la edad. “Las formas solubles de esas proteínas son muy tóxicas y empiezan a alterar las conexiones entre neuronas dañando los procesos relacionadas con aprendizaje y la cognición”, especifica.

Imagen ‘in vivo’ del miniscopio en el hipocampo.

Los expertos utilizaron distintos ambientes donde se movían libremente ratones con la enfermedad inducida y otros sin ella de la misma edad, tanto en ratones jóvenes (3–6.5 meses), como mayores (18–21 meses). “Comparamos la actividad neuronal de ambos grupos en el hipocampo durante la exploración en campo abierto y se aprecia una hiperactivación neuronal anómala, se ve cómo se disparan las neuronas en esa área de forma incorrecta. Estas alteraciones son la base del deterioro de los procesos de memoria y aprendizaje asociados con esta la enfermedad”, indica el investigador David Baglietto Vargas.

Asimismo, los roedores con Alzheimer muestran puntuaciones de información espacial más bajas en comparación con los ratones de control. Además, en el grupo de mayor edad se muestra una mayor escasez y coherencia en el espacio. “Esto se traduce a las alteraciones en la memoria espacial de los pacientes, que tienen dificultad para reconocer sitios y orientarse”, precisa.

El estudio permite comprender mejor los mecanismos neuronales por los cuales el Alzheimer causa pérdida de memoria y déficits cognitivos. Estos cambios cerebrales suponen una de las características que, hasta el momento, se relacionan con la enfermedad, junto con otras alteraciones patológicas como los procesos inflamatorios y cambios en el metabolismo.

Recreación de la minicámara colocada en el cerebro del ratón.

Precisamente estas modificaciones se explorarán en los futuros trabajos del grupo de la Universidad de Málaga, ya que la enfermedad de Alzheimer se relaciona con alteraciones metabólicas cerebrales. Es lo que se conoce como diabetes tipo 3, que describe la asociación entrelazada entre la diabetes tipo 1 y tipo 2 y la enfermedad de Alzheimer. “Actualmente nuestro grupo se encuentra analizando cómo los procesos de aprendizaje y memoria se encuentran afectados de forma similar por la diabetes y el Alzheimer”, adelanta.

El trabajo que ha aplicado imágenes basadas en actividad neuronal mediada por calcio en una minicámara en ratones modelo con Alzheimer que se comportan libremente ha sido financiado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos.

Referencias

Xiaoxiao Lin, Lujia Chen, David Baglietto-Vargas, Parsa Kamalipour, QiaoYe,Frank M.LaFerla, Douglas A.Nitz, Todd C.Holmes, Xiangmin Xu. Spatial coding defects of hippocampal neural ensemble calcium activities in the triple-transgenic Alzheimer’s disease mouse model’. Neurobiology of Disease 162 (2022).

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