Las interacciones entre las neuronas consisten en señales tanto químicas como eléctricas. Durante décadas, los neurocientíficos han buscado una forma no invasiva de medir el componente eléctrico. Lograr esto podría facilitar el estudio del funcionamiento del cerebro y la forma en que las enfermedades neurológicas deterioran dicho funcionamiento.

Un enfoque prometedor es el seguimiento de la actividad eléctrica neuronal mediante el uso de fluorescencia, que puede ser integrada en las células con bastante facilidad a través de la genética o mediante su anexión a anticuerpos, aunque puede resultar tóxica y su funcionamiento es lento. La semana pasada un grupo de investigadores introdujo un nuevo candidato, una nueva proteína fluorescente de un microbio del Mar Muerto que parece estar mejor preparada para el desafío.

La proteína, llamada archaerhodopsin-3, o Arch, fue descubierta hace más de 10 años, aunque los científicos están empezando ahora a darse cuenta de su potencial como herramienta de investigación. En un estudio publicado el año pasado, varios investigadores usaron la luz para provocar una respuesta eléctrica en Arch que logró silenciar neuronas hiperactivas, una estrategia que podría conducir a nuevas terapias para la epilepsia y otros trastornos convulsivos.

En este estudio, los investigadores tomaron el camino opuesto y utilizaron electricidad para provocar cambios en la fluorescencia de Arch. El enfoque podría conducir a métodos más precisos para la captura de las señales eléctricas del cerebro.

Los resultados, publicados en Nature Methods, indican que Arch podría ser el sensor de voltaje no invasivo que los neurocientíficos llevan buscando desde hace tiempo. No es tóxico para las células y es lo suficientemente sensible y veloz como para captar los rápidos cambios eléctricos que acompañan a la actividad neuronal.

"Parece muchísimo mejor que cualquiera de los otros métodos mediante imágenes ópticas que he visto hasta ahora", afirma Darcy Peterka, neurocientífico de la Universidad de Columbia (EE.UU.) que no participó en el estudio.

El método estándar para el registro de la actividad eléctrica de las neuronas en cultivos celulares, que consiste en un electrodo pegado a la célula, sigue siendo el más exacto para medir el voltaje en un solo punto celular. Sin embargo, la perforación de una neurona con un electrodo acaba matándola finalmente, mientras que Arch permite a los investigadores seguir la señal eléctrica a medida que se propaga por toda la célula. También permitiría captar información de la misma célula una y otra vez, posibilitando experimentos a largo plazo que no serían posibles con el método estándar.

"Realmente depende del tipo de preguntas de carácter científico que estés tratando de responder", afirma Adam Cohen, investigador de biofísica en la Universidad de Harvard (EE.UU.) y autor principal del nuevo estudio.

El estudio fue realizado en neuronas de ratón cultivadas, aunque Cohen y sus colegas planean utilizar Arch para medir la actividad neuronal en animales vivos, comenzando con organismos simples como el pez cebra y el gusano C.elegans. Una de las ventajas de estos animales es que son transparentes, por lo que es fácil ver la señal fluorescente a través de un microscopio.

Arch también podría ser útil para captar imágenes eléctricas de las señales en el cerebro de mamíferos, especialmente para experimentos en ratones, que podrían ser genéticamente modificados para expresar la proteína en neuronas específicas o en momentos concretos en el desarrollo, por ejemplo.

El reto de transferir el método a animales consiste en asegurarse de que la señal fluorescente se mantenga fuerte y consistente. "En un cerebro vivo la luz es absorbida, por ejemplo por la sangre, por lo que se produce una pérdida de dicha luz", afirma Ed Boyden, el investigador del MIT (Instituto de Tecnología de Massachusetts, EE.UU.) que dirigió el estudio en el que se utilizó a Arch para silenciar neuronas.

La fluorescencia emitida por Arch tampoco es tan brillante como la de otros colorantes disponibles, aunque su baja toxicidad hace que esto no sea tan preocupante puesto que los investigadores podrían compensarlo con una mayor concentración. "El hecho de que hayan logrado que funcione bien en neuronas de ratón es un buen augurio", señala Peterka.