Circuitos simplificados del proceso de habituación en Aplysia. Hay 24 neuronas sensoriales en el sifón y son glutaminérgicas. Hacen sinapsis con 6 neuronas motoras que inervan la sopapa y a varias interneuronas. La condición de control está a la izquierda y la condición de habituación a la derecha. (Kandel ER, Schwartz JH y Jessell TM (2000) Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill.)
La Sensibilización se produce aplicando un estímulo nocivo a la 2ª neurona sensitiva activada de la cola del Aplysia. Esto activa a su vez una interneurona facilitadora que mejora la transmisión en la vía desde el sifón a la neurona motora. (Kandel, ER, JH Schwartz and TM Jessell (2000) Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill.)
Figura 6. Potenciación de Largo Plazo.
Durante la transmisión normal de baja frecuencia, el glutamato interactúa con NMDA y no-NMDA (AMPA) y los receptores metabolotrópicos. (Kandel, ER, JH Schwartz and TM Jessell (2000) Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill.)
Con la estimulación de alta frecuencia ocurren los demás eventos de plasticidad y potenciación a largo plazo. (Kandel, ER, JH Schwartz and TM Jessell (2000) Principles of Neural Science. New York: McGraw-Hill
En la actualidad La tomografía crio-electrónica (foto), es una técnica de microscopía electrónica de transmisión. Pretende aplicar las elevadas prestaciones de estos instrumentos, que actualmente alcanzan la resolución atómica, intentando salvar los problemas que planteaban anteriormente:
a) Preservar las estructuras nativas en condiciones de alto vacío,
b) Obtención de estructuras tridimensionales,
c) Obtención de suficientes imágenes antes de la destrucción de la muestra por los haces electrónicos de alta energía. Para ello se congelan rápidamente las muestras en condiciones que permiten su vitrificación.
Existen dos técnicas de congelación de preparados:
a) Las muestras finas (menos de 0,5 μm) se congelan rápidamente en etano líquido. Esta técnica es adecuada para células pequeñas y regiones celulares de poco espesor,
b) Las muestras de mayor espesor se congelan mediante alta presión, y posteriormente se obtienen secciones finas de un espesor entre 50–200 nm con la muestra aún congelada,
c) Previamente las muestras se pueden impregnar con oro coloidal.
El microscopio se mantiene en condiciones de congelación. Las imágenes tridimensionales se obtienen mediante algoritmos matemáticos de reconstrucción a partir de imágenes de los objetos tomadas desde múltiples direcciones. A este paso se le denomina "tomografía". Su aplicación restringe el límite de resolución de los detalles a unos 2 nm (¡millonésima parte del mm!). Utilizando esta técnica, casi un siglo después de Ramón y Cajal, otro español, Rubén Fernández-Busnadiego junto con sus colaboradores (23) ha obtenido imágenes tridimensionales de la sinapsis, la estructura celular donde tiene lugar la comunicación entre las neuronas en el cerebro de los mamíferos. 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 (figura 7).
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 pre-sinápticos. “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 pre-sináptico e interactúan directamente con las vesículas sinápticas, así como descubrir su papel fundamental en respuesta a la actividad eléctrica del cerebro”, destaca Fernández-Busnadiego, investigador y físico del Instituto Max Planck de Bioquímica (Alemania). 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 (figura 8).
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 (figura 9). El uso de los nano-tomógrafos 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. Este artículo aparece en la portada del mes de Enero del 2010 en la revista Journal of Cell Biology.