Primer ensayo clínico efectivo con un anticuerpo monoclonal (3BNC117) contra el VIH-1

La primera generación de terapias inmunológicas contra el VIH utilizaba la inmunización activa. Se trataba de vacunas: inyectar VIH inactivados para favorecer la respuesta inmunológica. Algunos pacientes infectados con VIH, sin necesidad de tratamiento, generaban espontáneamente anticuerpos contra varias proteínas distintas de la envoltura del virus y así conseguían neutralizar las partículas víricas. Por este motivo, parecía lógico que una vacuna que fuera capaz de desencadenar la producción de dichos anticuerpos. Sin embargo, la vacuna era muy poco efectiva en su desarrollo preclínico y clínico y por eso se abandonó.

Los anticuerpos neutralizadores que algunos pacientes producen espontáneamente tienen estructuras complejas: presentan inserciones, deleciones, o regiones determinantes de la complementariedad largas. Es por eso, y por la capacidad del VIH para introducir mutaciones en su RNA, por lo que es difícil inducir la producción de anticuerpos efectivos mediante una vacuna.

Sin embargo, a pesar de la escasa efectividad de la vacuna, no se abandonó del todo la posibilidad de desarrollar una terapia inmunológica contra el VIH. Para ello, The International HIV Controllers Study continuó estudiando mediante GWAS los genes que permitían a algunos pacientes neutralizar las partículas víricas sin necesidad de tratamiento, así como los mecanismos que permitían al virus mutar a velocidad suficiente como para burlar al sistema inmune.

Fotografía: Human Immunodeficiendy Virus (HIV-1). Virus de la Inmunodeficiencia Humano tipo 1 cocultivado con linfocitos. El linfocito en rojo muestra viriones -partículas de virus completas y capaces de infectar células- en su superficie. Autor: Microbe World. Fuente: https://www.flickr.com/photos/microbeworld/5640222273

Un grupo de científicos ha publicado recientemente los resultados de la Fase I del primer ensayo clínico con un anticuerpo recombinante (producido in vitro a partir de células de ovario de hámster) clonado de un paciente "controlador" del VIH-1 (la variedad más extendida del virus). El anticuerpo se llama 3BNC117, y reconoce el lugar de unión a los linfocitos CD4+ humanos en la mayor parte de cepas identificadas del virus (195 cepas de 237). El estudio ha sido un ensayo abierto, es decir, tanto los investigadores como los pacientes sabían qué tratamiento estaban recibiendo.

Ya estaba comprobado que estos anticuerpos podían prevenir una infección y eliminar la viremia (presencia de virus en sangre) en ratones humanizados*1 y en macacos, pero hasta ahora no se habían probado en humanos.

El anticuerpo no provocó apenas reacciones adversas en pacientes infectados o no infectados, y fue eliminado del organismo con normalidad. Curiosamente, el 3BNC117 fue eliminado más rápidamente en los pacientes con VIH-1 que en los pacientes no contagiados. Este patrón se observa también en enfermos de cáncer tratados con terapia inmunológica y una posible explicación -aunque no probada- es que se depuren más rápidamente de la sangre los complejos antígeno-anticuerpo que los anticuerpos no unidos a antígeno.

Una sola dosis del anticuerpo consiguió reducir significativamente la carga viral (cantidad de viriones) y la viremia en pacientes infectados durante 28 días. La reducción fue mayor al aumentar la dosis, de manera que podría ser posible ajustar la cantidad de anticuerpo administrada en función de la carga viral de cada paciente.

Los investigadores también comprobaron si la infusión de 3BNC117 produce cambios en el virus. Es decir, si el hecho de introducir un anticuerpo que se une al lugar de unión a CD4 hace que se favorezca la expresión de variedades del virus en las que está mutado el lugar de unión a CD4, por ejemplo. Esto impediría el reconocimiento y la unión del anticuerpo, haciéndolo resistente. Algunos pacientes presentaron un aumento de variedades del virus que tenían mutada esta proteína, y por lo tanto desarrollaron cierta resistencia al anticuerpo.Sin embargo, otros no.

Los autores del estudio consideran que deberían realizarse más estudios para comprobar si sería posible utilizar la terapia inmunológica con este anticuerpo en la prevención y tratamiento del VIH-1, dado que  parece segura y efectiva. Hay que tener en cuenta que este tratamiento no destruye las partículas víricas en el interior de las células infectadas, por lo que no llega a curar el VIH-1, pero sí que reduce mucho las posibilidades que tiene el virus de reproducirse y extenderse. En combinación con otras terapias, es posible que pudieran llegar a curar la infección por el virus del VIH-1. Sin embargo, todavía falta mucho -tiempo y dinero- para llegar a eso.


Notas:

*1 Ratones humanizados: ratones transgénicos que expresan uno o varios genes humanos funcionales, o bien ratones inmunodeprimidos que han sido transplantados con tejidos humanos -sanos o enfermos-, o con precursores hematopoyéticos humanos. Son muy utilizados en la investigación sobre el VIH. Para más información, véase Denton PW and Garcia JV.

Referencias:

Caskey M et al. Viraemia suppressed in HIV-1-infected humans by broadly neutralizing antibody 3BNC117. Nature. 2015. doi:10.1038/nature14411

Denton PW and Garcia JV. Humanized mouse models of HIV infection.  AIDS Rev. 2011. 13(3): 135-148

Ragon Institute. HIV Controllers Study (visitado el 19/04/2015)

The International HIV Controllers Study (visitado el 19/04/2015)

Future of Medicine 2015. El futuro de la medicina es muy científico

Escrito por Irene Sánchez Brualla

El mes pasado, la revista de divulgación Scientific American publicó un conjunto de artículos sobre el valor de la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina.

El reportaje dedica varios artículos a las aplicaciones farmacológicas de la nanotecnología, especialmente en el tratamiento del cáncer, y hace un resumen de otras aplicaciones dentro del campo de la medicina, como la creación de "vendajes inteligentes", el uso de circuitos flexibles que dañan menos los tejidos y el desarrollo de nanobots.

Fotografía: Quantum dots. Autor: Argonne National Laboratory. Fuente: https://www.flickr.com/photos/argonne/5218967216

El campo en que más se ha introducido la nanotecnología hasta el momento es el de la farmacología: la encapsulación de moléculas en el interior de estructuras nanométricas permite a estas interaccionar con los tejidos de manera distinta a como interaccionarían al estar libres o encapsuladas en moléculas de mayor tamaño. Por ejemplo, el diseño de las cápsulas de estos fármacos permite hacer que se "parezcan" a estructuras que produce el cuerpo humano (proteínas, liposomas, o ácidos nucleicos -DNA y RNA-), y así el cuerpo tarda más tiempo en eliminarlas, permitiendo obtener mayores efectos sin aumentar la dosis de fármaco que hay que suministrar. También facilitan la orientación del tratamiento, lo cual es especialmente importante en la quimioterapia: los fármacos quimioterápicos son muy agresivos para todas las células, de manera que hay un interés muy grande en que afecte únicamente a las células tumorales y que se dirija lo mínimo posible a los tejidos no afectados por el tumor. Por ejemplo, algunos tumores expresan moléculas particulares, y es posible sintetizar anticuerpos artificiales contra estas moléculas. Si estos anticuerpos llevan consigo la molécula de fármaco antitumoral, se consige concentrar el efecto de este medicamento en el tumor, atacándolo más rápidamente, y reduciendo los efectos secundarios. También es posible encapsular los fármacos quimioterápicos en nanomoléculas metálicas, y de esta manera es posible dirigirlos al tumor utilizando campos magnéticos. Las nanomoléculas pueden facilitar incluso la detección de tumores: a finales del año pasado, un equipo del International Institute for Nanotechology at Northwest University, dirigido por el Doctor Chad A. Mirkin, desarrolló los NanoFlares: moléculas de ADN de cadena simple complementarias al ADN de una célula cancerígena. Su equipo las distribuyó estiradas y en círculo alrededor de una estructura central, con una esfera en un extremo que contiene moléculas luminosas que se activan cuando el ADN del NanoFlare se une a otra cadena de ADN. Esto permite, por ejemplo, detectar y aislar fácilmente células cancerígenas a partir de sangre humana, utilizando un citómetro de flujo.

Fuera de la farmacología, la nanotecnología se está aplicando también para la creación de vendajes para heridas capaces de detectar patologías en el tejido subyacente y liberar los fármacos apropiados para favorecer la regeneración (vasodilatadores por ejemplo, o factores de crecimiento), a la vez que informan a los médicos sobre cómo avanza el proceso de curación.

La ciencia de materiales ha sido fundamental en el desarrollo de la nanotecnología, y esto resulta obvio en los últimos años, con el desarrollo de materiales flexibles que conducen la electricidad, permitiendo la creación de circuitos y electrodos que se pueden implantar en el cuerpo humano generando un daño en los tejidos mucho menor que el que se produce al utilizar electrodos o circuitos rígidos. Esta propiedad es fundamental si estos artefactos tienen que implantarse en órganos especialmente delicados, como el corazón o el cerebro. También hace que estos aparatos se estropeen menos en el interior del cuerpo humano, dado que aguantan mejor los dobleces o estiramientos.

La última tecnología descrita en el reportaje son los nanobots, posiblemente los constructos más complejos de desarrollar. Se trataría de "nanomáquinas", estructuras nanométricas capaces de entrar en el cuerpo humano, dirigirse ellos mismos hacia su objetivo, auna vez allí, realizar el tratamiento adecuado, y una vez terminada su función, desintegrarse de forma biodegradable, sin dejar rastro preferentemente, o de manera que puedan ser fácilmente eliminados por el organismo. La tecnología que se ha desarrollado en este campo es prometedora, pero todavía está lejos de alcanzar estos objetivos.

Evidentemente, la atención médica nunca (esperemos) será completamente sustituida por la ciencia. Un paciente es un sistema mucho más complejo que la suma de un conjunto de procesos biológicos y se necesita de una buena dosis de humanidad para aliviar sus problemas de salud. Pero el desarrollo de tecnologías que faciliten o mejoren los tratamientos médicos es una buena noticia. Además de una tarea fascinante.

Referencias:

Future of Medicine 2015. Scientific American

Halo TL et al. NanoFlares for the detection, isolation and culture of live tumor cells from human blood. Proc natl Acad Sci U.S.A. 2014. 111(48): 17104-9.

Una evidencia más. Sólo una más

En este post hablaremos del reciente descubrimiento de una mandíbula humana de hace 2,8 millones de años. Quizás os sorprenda una entrada de arqueología en un blog biomédico. Pero la evolución humana nos puede ayudar a comprender el humano actual, con su salud y su enfermedad. Es decir, entender la biomedicina de hoy. 

El fragmento de mandíbula inferior izquierda encontrado en la región de Afar, en Etiopía. Fuente: Huffington Post

Si me dieran un cheque en blanco para investigar los orígenes del género Homo, lo primero que haría sería buscar una cámara oculta tras las extrañas cortinas rosas. Tras descubrir que no hay cámara, y por lo tanto, afirmar una vez más que existe gente muy hortera, iría al aeropuerto y viajaría a Etiopía. Concretamente, a la región de Afar, donde tiempo atrás se crio, creció y, probablemente, reprodujo la popularizada Lucy y sus compañeros de especie (Australopithecus afarensis vivió hace 3-4 millones de años). Y algo similar debieron pensar los descubridores de la mandíbula de 2,8 millones de años que ha aparecido recientemente en las noticias. Pues, no sólo vivió allí la dama del Plioceno, sino pocos centenares de miles de años después se pasearían por ahí algunos de los primeros individuos que acuchillaban la carroña con filos de piedra. Pues allí también se han encontrado las herramientas fabricadas más antiguas conocidas (2,6 millones de años), que según la concepción clásica de la evolución humana, debemos atribuir a un nuevo género: el género Homo. ¿Y por qué se le asigna a un nuevo género y no a uno que ya estaba ahí? En primer lugar, porque históricamente se ha considerado que sólo el hombre puede ser inventor, y no un mono del sur (lo que significa Australopithecus) Y en segundo lugar, porque estudios posteriores aseguran que los A. afarensis, como la mayoría de su género, no tenían la capacidad de oponer el pulgar, que entre otras características, es necesario para fabricar útiles. 

En resumen, que la región de Afar es el lugar ideal para encontrar la transición de Australopithecus a Homo tal como los entendemos actualmente. Pues como si se tratase de una reacción química, en esta porción de Etiopía se encuentran los reactivos-ancestros (Australopithecus) y los productos-descendientes (Homo primitivos). Ahora lo que faltaría encontrar son las flechas que los relacionasen. Una de estas flechas, así lo deben pensar los descubridores, es la mandíbula recientemente publicada, que han bautizado como LD 350-1. Esta consiste sólo en la rama mandibular izquierda, y siete raíces dentales (canino, premolares y molares). A pesar de su pequeño tamaño, han encontrado varios (y muchos) atributos presentes en la mandíbula ¡Y menuda sorpresa! Algunos son propias de Homo y otras de Australopithecus. Respecto a las medidas dentales, la mayoría de atributos caen fuera del rango de variación de los A. afarensis (curiosamente, no comentan si también caen, o no en el rango de variación del género Homo…). Por lo tanto, si sumamos atributos Homo, más medidas dentales que caen fuera de rangos de variación de A. afarensis, los investigadores lo tienen claro: ¡el primer Homo del registro fósil!

Aun así hay que ser cautos. Es cierto que, según el modelo gradualista establecido (donde las variaciones se van acumulando poco a poco hasta cambiar de especie y género), uno debe esperar que un primer Homo debe tener rasgos intermedios. De hecho, esta es la razón por la que algunas personas presentarían rasgos típicos en Neandertales, y no me refiero a dejarse las uñas largas y gritar por los rellanos. Aun así, en paleonantropología hay que contextualizar. 

Lo que se ha descubierto es un cacho de cuerpo del que un día fue un individuo entero, con su cráneo, su torso y sus apéndices. Y por lo tanto, sólo se ha podido analizar (muy correctamente) un trozo muy concreto. Vaya, que se ha hecho una metonimia de la parte por el todo flagrante. Algo que no es criticable (¡Hay que analizar lo que se encuentra!), pero que tenemos que leer con precaución. Además, cabe decir que el número de fósiles catalogados como Australopithecus y Homo primitivos no es precisamente abundante, y por lo tanto, aquello que nos parece característico de un género, no podría ser más que un “engaño”. Si a todo esto, le añadimos que hay paleontólogos que interpretan el registro fósil y los modelos evolutivos de diferente manera a la gradualista (saltacionismo, por ejemplo), eso de establecer el primer Homo, sea cual sea la evidencia, se pone complicado ¿verdad?

Así, que os propongo una cosa. Olvidémonos de discutir acerca de los primeros “algo” y darles esa importancia mediática. Diría más, dejémoslos de querer encontrarlo. La única evidencia es que un cacho de mandíbula astillada con siete raíces negras perteneció hace 2,8 millones de años a un individuo que se paseaba por Afar, con un paisaje algo distinto al que hoy conocemos. Junto a la mandíbula se encontró fauna que habita (o habitaría) actualmente praderas húmedas. Cabe mencionar que, como ahora, se estaba produciendo un período de calentamiento global, especialmente acusado y seco en la región debido a la elevación del Rift (sistema montañoso producido por una fractura que divide el cuerno de África del resto). Por lo tanto, los animales se esas épocas (incluidos nuestros ancestros) cada vez estaban más adaptados a ambientes secos. De esto pueden dar fe la mayoría de fósiles de nuestro linaje encontrados en la región, ya sean catalogados como Australopithecus o como Homo. Siendo, LD 350-1 pues eso. Otra muestra de ello. Otra bonita evidencia de la evolución humana y del ambiente, eternamente cambiante, que ya lo decía Heráclito.

 

Escrito por Daniel Fuentes Sánchez

Graduado en Biomedicina (UAB) y Masterando en Evolución Humana (UBU)

Recursos educativos del National Center for Biotechnology Information

El sitio web del National Center for Biotechnology Information (NCBI) contiene todas las bases de datos de este organismo (artículos de investigación, genes, proteínas, fármacos, ADN, ARN, taxonomía y software), como todos los estudiantes de biomedicina, biotecnología o carreras afines saben.

Sin embargo, además de esta función principal, este sitio web también contiene una página dedicada a la educación: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/education/

Página de recursos educativos del NCBI.

 Esta sección contiene materiales para aprender a utilizar la web del NCBI y todos sus recursos. Además, alberga un conjunto de tutoriales con ejercicios para aprender a buscar e interpretar difirentes tipos de información, tres herramientas que se pueden utilizar en proyectos de bioinformática dentro de una clase (Amino Acid Explorer, Ebot y PSSM viewer), y una serie de mini-cursos para investigadores, bibliotecarios, o para especializarse en la búsqueda de una determinada información (como proteínas o fármacos). Estos cursos están acompañados de ejercicios que permiten poner en práctica lo aprendido.

Conocer la información existente en un campo de investigación es la base necesaria para empezar a investigar en ese campo. Saber cómo utilizar esa información es imprescindible para un investigador, y práctico para un estudiante. La función de estos recursos del NCBI es facilitar el uso de esta web, imprescindible para la investigación biomédica actual, a estudiantes, profesores, investigadores y bibliotecarios. Es un buen recurso para todos nosotros.

Escrito por Irene Sánchez Brualla

Controlar el transporte de orgánulos en el interior de una célula mediante luz azul

Eso es lo que ha conseguido un equipo de investigadores liderados por el doctor Lukas Kapitein, de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Utrecht (Países Bajos). El desarrollo de esta técnica abre muchas posibilidades para la investigación básica, y quizás en un futuro también llegue a tener aplicaciones médicas. El descubrimiento ha sido publicado en la versión online de la revista Nature hace dos semanas.

Las proteínas motoras asociadas al citoesqueleto (quinesinas, dineínas y miosinas, en las células animales) son las responsables de posicionar a algunos orgánulos subcelulares -por ejemplo, a las mitocondrias, o a endosomas del aparato de Golgi- dentro de una célula. Algunas funciones de la célula requieren que los orgánulos estén "en su sitio" para que la célula pueda realizarlas correctamente, como la señalización intercelular (liberación de moléculas o recepción de señales enviadas por otras células), la polarización celular (un ejemplo de polarización es la estructura de las neuronas, con dendritas especializadas en recibir señales y axones especializados en transmitirlas) o el crecimiento y la migración celular (extensión de filopodios). Sin embargo, aunque se sabe que la posición es importante para la función de los orgánulas, esta conexión no se ha descrito todavía en detalle para muchos orgánulos, dado que hasta ahora no había ningún método que permitiese controlar de manera precisa el movimiento de estos en el citoplasma celular. El objetivo del equipo de Kapitein era el desarrollo de una técnica que permitiese precisamente eso.

En primer lugar, quisieron comprobar si eran capaces de activar mediante luz azul una unión selectiva de ciertos orgánulos a ciertas proteínas motoras que permaneciese aunque estas proteínas se pusieran en movimiento. Para ello, decidieron centrarse en utilizar luz azul para conseguir que peroxisomas se uniesen a quinesinas en células COS-7 de mono. Eligieron esta línea celular porque estos orgánulos suelen no moverse de la región perinuclear, y así podrían observar fácilmente los movimientos que ellos indujeran.

Marcaron los peroxisomas con una proteína quimérica PEX-LOV formada por el dominio PEX3 característico de peroxisomas, y un dominio fotosensible LOV, que encierra un péptido pequeño. Al iluminar las células con luz azul, el dominio LOV haría un cambio conformacional que expondría el péptido, el cual se uniría a un dominio PDZ modificado (ePDZb1) que habría sido fusionado junto con GFP al extremo de unión a la carga de la quinesina-3 (esquema del constructo en la Figura 1).

Figura 1. Esquema del constructo utilizado para conseguir que la irradiación con luz azul provoque el cambio conformacional que exponga el péptido unido a LOV, que se une con gran afinidad a ePDZb1. Esto hace que los peroxisomas se unan a las quinesinas y sean transportados hacia la periferia.

Al co-expresar los dos constructos e iluminar con luz azul, observaron que los peroxisomas se desplazaban hacia la periferia de la célula. Comprobaron que podían conseguir el efecto contrario, que los peroxisomas se concentraran en torno al núcleo, si utilizaban un constructo similar para unir los peroxisomas a dineínas (puede verse en el Vídeo 1). También observaron que este transporte de los peroxisomas no afectó a la posición de las mitocondrias u otros orgánulos.



Vídeo 1. Redistribución de peroxisomas acoplados a dineínas inducida por luz azul. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Para asegurarse de que la técnica podría permitir situar un orgánulo en el lugar preciso con un grado de control espaciotemporal suficiente, los investigadores comprobaron si el reclutamiento de proteínas motoras era reversible (para poder interrumpirlo cuando el orgánulo esté en la posición requerida) y si podía estar restringido a una sola parte de la célula (para activar el transporte de parte de los orgánulos, sin necesidad de mover los peroxisomas de toda la célula). Para ello, en primer lugar, sometieron a las células a tres pulsos de luz azul, interrumpidos por 7 minutos sin irradiación de luz. El Vídeo 2 muestra el resultado: los peroxisomas se desplazaron hacia la periferia durante los pulsos de luz y permanecieron inmóviles durante los periodos sin luz. Este resultado indica que la unión de los peroxisomas a las quinesinas es reversible, y se interrumpe casi instantáneamente al apagar la luz.


Vídeo 2. La activación del transporte de peroxisomas asociado a microtúbulos mediante luz es reversible. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Para comprobar si el transporte de peroxisomas podía ser inducido sólo localmente y no en toda la célula a la vez, los investigadores iluminaron cuatro regiones diferentes en la misma célula. El Vídeo 3 muestra el resultado de este experimento: los peroxisomas de las regiones iluminadas se desplazaron rápidamente hasta alcanzar una zona no iluminada, a partir de entonces permanecieron quietos. Los peroxisomas de regiones no iluminadas no se movieron durante el experimento.


Vídeo 3. La activación del transporte de peroxisomas asociado a microtúbulos mediante luz puede ser local si se restringe la irradiación lumínica a ciertas áreas de la célula. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Después de estas comprobaciones, los investigadores comprobaron si eran capaces de conseguir los mismos resultados utilizando el transporte de endosomas de reciclaje que presentasen la proteína RAB11. Observaron que podían estimular el transporte igual que con los peroxisomas (Vídeo 4).


Vídeo 4. Transporte de endosomas de reciclaje asociados a quinesinas inducido mediante luz azul. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Los investigadores también comprobaron que, además de facilitarlo, podían inhibir el transporte de endosomas. Para ello, idearon un constructo diferente: un endosoma previamente unido a una quinesina, con lo cual estaría dirigiéndose hacia la periferia, y con un constructo PEX-LOV que al ser iluminado se uniría a una proteína ePDZ-GFP, unida a la región de carga de las cadenas de una miosina (Figura 2). Con este constructo comprobaron que en las células transfectadas el tráfico de endosomas hacia la membrana se veía interrumpido localmente al irradiar la célula con luz azul (Vídeo 5).

Figura 2. Esquema del constructo utilizado para conseguir que la irradiación con luz azul provoque que los endosomas transportados por quinesinas peroxisomas se unan a la miosina e interrumpan su transporte.

Vídeo 5. Interrupción del transporte de endosomas de reciclaje mediante el reclutamiento de miosina-Vb inducida por la luz. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Las células COS-7 son una línea celular similar a los fibroblastos que proviene del riñón del mono, inmortalizadas mediante la inoculación de un virus. Para comprobar si sus hallazgos eran transponibles a la biología de una célula más compleja y delicada sin afectar a su funcionamiento normal, los autores empezaron a experimentar con su técnica en cultivos primarios de neuronas hipocampales de rata.


Comprobaron que al inducir el acoplamiento de peroxisomas a cadenas de miosina-Vb irradiando células que coexpresaban PEX-LOV y la proteína de fusión miosina-Vb-GFP-ePDZb1 (descrita en la Figura 2), conseguían estimular el transporte de los peroxisomas hacia las espinas dendríticas (Vídeo 6).


Vídeo 6. El reclutamiento de miosina-Vb mediante luz dirige a los peroxisomas hacia las espinas dendríticas. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Las vesículas RAB11 están relacionadas con el crecimiento axonal, pero hasta ahora no se había comprobado la función local que tenían en el cono de crecimiento. Utilizando los constructos descritos en la Figura 3, consiguieron grabar un efecto espectacular: la estimulación del transporte axonal mediado por quinesinas estimula el crecimiento axónico, mientras que la estimulación del transporte mediado por dineínas inhibe el crecimiento e incluso hace que el axón se retraiga. Estos dos resultados aparecen en el Vídeo 7.

Figura 3. Esquema de los constructos utilizados para conseguir que la irradiación con luz azul estimule el transporte de los endosomas de reciclaje hacia el extremo + de los microtúbulos, es decir, hacia la periferia celular (hacia el cono de crecimiento axónico en este caso), o bien para que esta irradiación estimule el transporte hacia el polo negativo, es decir, hacia el interior celular, lejos del cono de crecimiento axónico. en las células que tienen la proteína quimérica PDZ-GFP unida a quinesinas, se consigue el primer efecto y una estimulación del crecimiento axonal, y en las que contienen esta proteína unida a dineínas, el segundo efecto y una reducción e incluso retracción del cono de crecimientp axónico.

Vídeo 7. La estimulación del transporte axonal mediado por quinesinas estimula el crecimiento axónico. La estimulación del transporte mediado por dineínas retrae el axón. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Finalmente, los autores quisieron investigar el transporte de mitocondrias. Antes de este trabajo, se había propuesto que la proteína sintafilina inhibe el transporte mitocondrial mediante dos interacciones: en primer lugar, uniéndose directamente a las mitocondrias y a los microtúbulos, "anclando" a estos orgánulos, y en segundo lugar, mediante una inactivación indirecta con las quinesinas. Pero hasta este momento, no se había podido discernir si para que sea posible el transporte de las mitocondrias es necesario eliminar ambas interacciones, sólo una, o ninguna de ellas.

La hipótesis de los autores fue que el reclutamiento de más quinesinas sería suficiente para retomar el transporte mitocondrial. Para comprobarlo, activaron mediante luz azul el reclutamiento de quinesinas-GFP-ePDZb1 a mitocondrias axonales marcadas con TOM-LOV (todos los constructos mitocondriales están descritos en la figura 4). Comprobaron que el reclutamiento de más proteínas motoras era efectivamente suficiente para que el transporte de las mitocondrias volviera a ser posible (Vídeo 8). Por el contrario, la unión de sintafilina (figura 4) a mitocondrias marcadas con TOM-LOV mediante luz azul también se demostró suficiente para anclar mitocondrias en movimiento, independientemente de la dirección en la que se movieran (Vídeo 9). Estos resultados demuestran que el transporte o el anclaje de las mitocondrias no dependen de la activación de la maquinaria de transporte o de las proteínas de anclaje, sino de un equilibrio dinámico entre las dos fuerzas.

Figura 4. Esquema de los constructos para la unión de las mitocondrias a las quinesinas y para la unión de las mitocondrias a las sintafilinas, ambas mediadas por la irradiación de luz azul. Debajo, esquema del resultado de la inducción de ambas funciones

Vídeo 8. Activación reversible del transporte anterógrado de mitocondrias axonales mediante el reclutamiento de quinesinas inducido por luz azul. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)


Vídeo 9. Anclaje reversible de mitocondrias axonales mediante el reclutamiento de sintafilina inducido por luz azul. Fuente: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14128.html#videos (consultado el 25/01/2015)

Este artículo presenta una técnica que permite un grado de control sobre el transporte intracelular al que no nos habíamos aproximado hasta ahora, y probablemente será una herramienta valiosa en el estudio de la biología molecular de la célula, especialmente en las interacciones de los orgánulos con su entorno.

Escrito por Irene Sánchez Brualla

Referencias:

van Bergeijk P., Adrian M, Hoogenraad CC and Kapitein LC. Optogenetic control of organelle transport and positioning. Nature [Internet]. 2015 [cited 2015 Jan 24]. doi:10.1038/nature14128 [Epub ahead of print]

Medicina regenerativa para reparar infartos

El 6 de noviembre un equipo internacional compuesto por investigadores del Centro de Medicina Regenerativa (CMRB), el Hospital Clínic de Barcelona, el Salk Institute de California y de otros centros estadounidenses, italianos, franceses y alemanes, publicó en Cell un artículo acerca de un método que han desarrollado para regenerar un corazón de mamífero después de un infarto.

Los mamíferos no pueden regenerar sus cardiomiocitos (células musculares del corazón) después de un infarto, sin embargo, otros animales sí. Hasta ahora, no estaba claro si esto se debía a: 1) la pérdida evolutiva de los mecanismos regenerativos, o a que 2) esos mecanismos seguían presentes, y simplemente existía una incapacidad para activarlos, posiblemente debido a diferencias epigenéticas entre especies.

Estos científicos investigaron los mecanismos necesarios para la regeneración cardiaca en el pez cebra adulto. Comprobaron que para que el proceso regenerativo se lleve a cabo en esta especie, es necesario que tras el infarto se reduza la transcripción de los microRNAs miR-99/100 y Let-7a/c en los cardiomiocitos, lo cual tiene como consecuencia que aumente la expresión de sus proteínas diana: smarca5 y Fntβ. Esto permite a los cardiomiocitos desdiferenciarse y realizar la división celular, generando nuevo tejido. Este proceso es el que permite la regeneración.

A continuación, comprobaron que los microRNAs mencionados estaban conservados en los cardiomiocitos de ratón y humanos (y sus niveles eran tan altos que conseguían bloquear por completo la expresión de SMARCA5 y Fntβ). Pero ese cambio en la expresión génica de estos microRNAs que se producía en el corazón del pez cebra tras un infarto, y que permitiría la regeneración, no sucedía en los cardiomiocitos murinos y humanos.

Su pregunta entonces fue: si existen estos mecanismos en los mamíferos, ¿sería posible activarlos de alguna manera?

Para comprobarlo, administraron en cardiomiocitos de ratón anti-microRNAs para los microRNAs miR-99/100 y Let-7a/c, mediante virus adenoasociados (AAV). Los anti-microRNAs son microRNAs que tienen la secuencia complementaria al microRNA diana, en este caso miR-99/100 y Let-7a/c, y al entrar en contacto con este se unen a él, impidiendo su interacción con otras moléculas.

Figura 1. Esquema de un anti-microRNA unido a su microRNA diana. Fuente: Wikipedia: Anti-miRNA oligonucleotides.

Siete días después de la infección, comprobaron que había habido cambion en la expresión génica. La misma transfección en cultivos organotípicos de secciones de corazón murino tuvo resultados semejantes.

Finalmente, dado que los resultados previos eran prometedores, transfectaron un corazón de ratón adulto después de un infarto, in vivo. Después de este tratamiento, comprobaron que los ratones transfectados conseguían un funcionamiento del corazón significativamente mejor que los que se recuperaron sin tratamiento. Comprobaron que este mejor funcionamiento se debía a un aumento en la regeneración del tejido cardiaco en los ratones transfectados, y que esta estaba relacionada con una mayor expresión de SMARCA5 y Fntβ, además de otros marcadores de desdiferenciación celular.

Es decir, la inyección de los anti-microRNAs in vivo había conseguido que los cardiomiocitos de ratón pudieran desdiferenciarse y dividirse, como los del pez cebra, para regenerar el tejido cardiaco infartado.

Figura 2. Esquema de la regulación génica en pez cebra y en mamíferos, y del efecto que tiene sobre ella la terapia propuesta en este artículo.

Estudios anteriores a este habían comprobado que al aplicar ciertas sustancias a los cardiomiocitos de mamífero, estos podían desdiferenciarse y regenerar parte del tejido infartado en cierta medida, pero nunca antes se había conseguido el grado de regeneración in vivo que se ha demostrado en este estudio.

Juan Carlos Izpisúa, el coordinador de este proyecto, es un bioquímico y farmacéutico español. En enero de 2014 apareció en los medios por su decisión de abandonar el Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona (CMRB), del que era director. Según la Generalitat de Cataluña y el Ministerio de Economía, decidieron retirarle su apoyo a Izpisúa porque consideraban que su presencia en el CMRB era "escasa" dado que habitualmente pasaba más tiempo en el Instituto Salk de California, en el que también trabaja, y porque las patentes derivadas de su investigación en el CMRB "no pertenecían al instituto de Barcelona, sino al Salk u otros organismos". Sin embargo, a esto, Izpisúa contestó que "el Salk ha tenido que hacer todo el trabajo de administración y pagar por la gestión y la solicitud de las patentes, y aún así las comparte con el CMRB en proporción a la contribución científica de cada centro".

La Generalitat y el Ministerio de Economía esgrimieron otros argumentos para justificar la marcha de Izpisúa, como un posible cambio en la financiación del centro, la necesidad de llevar las investigaciones "al manejo clínico", o una petición de "diversificar los proyectos" para que el científico no acumulase tantos (en el momento de irse, era investigador principal de 18 de los 21 proyectos que estaban en marcha en el centro). Según estas instituciones, la razón de la marcha de Izpisúa fue su desacuerdo con estas medidas, así como los motivos antes mencionados.

Todavía no queda del todo claro por qué se marchó Juan Carlos Izpisúa. En este proyecto todavía ha colaborado el CMRB, pero es posible que pronto la ciencia española deje de intervenir en sus investigaciones. Esto sí que está claro que supone una pérdida para nosotros.

Referencias:

Aguirre A, Montserrat N, Zacchigna S, Nivet E, Hishida T, Krause MN, Kurian L, Ocampo A, Vazquez-Ferrer E, Rodriguez-Esteban C, Kumar S, Moresco JJ, Yates JR, Campistol JM, Sancho-Martinez I, Giacca M, Izpisua JC. In vivo activation of a conserved microRNA program induces mammalian heart regeneration. Cell Stem Cell [Internet]; 15(5):589-604.

http://sociedad.elpais.com/sociedad/2014/01/15/actualidad/1389822051_714583.html (consultado el 30/11/2014)

http://www.elmundo.es/salud/2014/01/16/52d7979d22601de15a8b456b.html (consultado el 30/11/2014) 


Escrito por Irene Sánchez Brualla

Mobilidad exterior...

… o algo así se inventaron los políticos para no reconocer que están tomando las decisiones equivocadas. Para no reconocer en voz alta que nos están fallando. Para intentar esconder que nosotros, futuros investigadores y generadores de conocimiento, preferimos dejarlo todo atrás para empezar de cero en un nuevo país donde sí invierten en ti y en ciencia, y donde aprovechan para exprimir todo lo que tú te has matado en aprender todos estos años y hacer algo útil con ello. 

Mobilidad exterior. U oportunidades. De eso quiero hablar hoy. Porque están ahí, al alcance de tu mano. Solo hay que saber dónde buscar. O conocer a alguien que lo sepa. Hoy me gustaría ofreceros un par, para los que no las conozcáis ya.

Dreams of Travel. Fotografía: martinak15. Fuente: http://tinyurl.com/lczvehl

En primer lugar, un consejo para los que aún no habéis llegado al último año de carrera: aprovechad los veranos para salir. Y con salir me refiero del país. Seguro que ya conocéis AECS, un mes de “intercambio” que se convierte básicamente en turisteo, pero que como experiencia es inolvidable. Para los que un mes os parece poco ya conocéis el programa Erasmus. Pero hay un punto intermedio. El programa “Amgen Scholars” dura aproximadamente 2 meses en verano (las fechas varían con el país) y ofrece la posibilidad de irte a una de las mejores universidades del mundo para hacer investigación en prácticamente cualquier campo. No dudéis en aplicar, quizá descubráis vuestro campo y los contactos que hagáis allí pueden valeros las puertas a un Master o un Doctorado. Aquí os dejo la página web para que le echéis un vistazo: http://www.amgenscholars.com/

Para los que estáis ya en el último año (enhorabuena por ello, ¡dadle caña!), si queréis hacer un máster en el extranjero, tenéis que controlar todas las deadlines. Muchas universidades ya tienen las convocatorias abiertas, y algunas cierran en Diciembre. Cada universidad tiene sus peculiaridades, pero más o menos todas os van a pedir CV (dos páginas máx.), una carta de motivación (es el filtro principal, así que ponedle tiempo y haceros brillar), un par de cartas de recomendación (de labs o profes con los que hayáis trabajado) y un certificado de inglés (CAE, IELTS, TOEFL…). ¡Invertid el tiempo necesario, pero no lo dejéis para el último minuto! ¡Y que el papeleo no pueda con vosotros!

A modo más específico, puedo dejaros un par de enlaces más dirigidos a la Neurociencia y a Alemania, que es dónde yo he terminado. En este enlace hay un listado de las Graduate Schools que ofrecen programas de Master en Neurociencias ( http://www.neuroschools-germany.com/ ). Y en este otro el de la universidad en la que terminé ( http://www.gsn.uni-muenchen.de/apply/index.html ).

¡Espero que os sea útil! Cualquier pregunta así más específica, no dudéis en dejar un comentario o en enviar un mail (o.pavon.5ht@gmail.com).

Oriol Pavón

Experiencias de biomédicos: Irene Sánchez Brualla

Hola a todos, soy Irene Sánchez, de la primera promoción de CC Biomédicas de la UAB,  y os voy a contar mi experiencia al terminar este grado.

¿A qué te dedicas actualmente? / ¿Cuáles son tus proyectos en este momento?

Yo ahora estoy en Marsella, haciendo un doctorado en Neurociencias, que he empezado oficialmente este lunes. Durante los próximos 3 años haré parte del trabajo en la Universidad de Marsella y parte en la UAB.

Además de esto, otro proyecto importante en el que estoy colaborando es, por supuesto, la creación de la Asociación de Biomédicos de la UAB, dentro del cual ahora me dedico sobre todo al blog y a tareas de difusión.

¿Crees que estudiar CC Biomédicas te ha ayudado en estos proyectos? ¿Cómo?

Creo que estudiar Ciencias Biomédicas me ha ayudado a conocer el mundo de la investigación biomédica, y a saber que para empezar en este campo es importante tener un doctorado. También me ha servido para darme cuenta de que fuera de España, un grado en CC Biomédicas se considera un perfil más interesante para la investigación que otras biociencias.

¿Qué competencias personales o profesionales has adquirido durante el grado?

En cuanto a competencias, creo que CC Biomédicas nos forma bien en la biología del ser humano, y en el laboratorio es útil haber estudiado anatomía, histología, una buena base de fisiología y algo de patología general para trabajar en Biomedicina, en investigaciones que pueden tener aplicación en la salud humana. Y también nos introduce algo de estadística y bioinformática, que son herramientas necesarias para el trabajo en el laboratorio hoy en día.

¿Por qué decidiste estudiar CC Biomédicas?

Decidí estudiar Ciencias Biomédicas porque me gustaba la biología pero no les tenía el mismo cariño a todos los seres vivos. Así que al ver que se había propuesto el grado de Ciencias Biomédicas en la UAB, me pareció que eran unos estudios bonitos, y viendo que las asignaturas me gustaban, decidí que fuese mi primera opción en la solicitud de plaza para la universidad.

¿Recomendarías este grado a alguien con unos intereses parecidos a los tuyos de entonces?

A mí me ha gustado estudiar este grado y creo que es interesante. Y también creo que, aunque el plan de estudios puede ser mejorable, te prepara bien para trabajar en investigación biomédica. Evidentemente, este es un campo grande y a nivel de investigaciones concretas, a veces son mejores otros perfiles, pero esta es la única formación que te ofrece una visión global de este campo, que creo que es bueno tener.

Ahora bien, respecto al grado tal y como está, hay algunas cosas a tener en cuenta:

Primero: este grado es de los más duros de Biociencias, junto con Biotecnología. Yo creo que acostumbrarse a estudiar mucho durante el grado está bien, pero es verdad que al final lo que cuenta para conseguir una beca para un doctorado son las notas, y en otros grados posiblemente sea más fácil tener notas altas. En Biomedicina la competencia es muy grande. En general hay buena gente, pero hay que trabajar mucho para conseguir unos buenos resultados.

Segundo: es un grado de nueva creación, y todavía hay aspectos en los que la organización falla un poco. Sin embargo, lo bueno de esto es que hay cosas que pueden cambiar, y nosotros como estudiantes podemos colaborar para que mejore.

¿Algún consejo para los nuevos estudiantes de CC Biomédicas?

Como consejo para los estudiantes de Ciencias Biomédicas, mucho ánimo, y que hagáis prácticas durante el grado, que siempre van bien. Que intentéis evitar los laboratorios si os dais cuenta de que los estudiantes de prácticas sois los únicos que estais allí trabajando –haberlos, haylos- y que leáis y hagáis preguntas sobre aquello en lo que estéis colaborando. Y si podéis proponer cosas, mejor –aunque sean inviables-. También que, si tenéis tiempo, pidáis que os enseñen alguna técnica hasta llegar a poder hacer solos todo el protocolo. Generalmente en los laboratorios prefieren que los estudiantes se interesen por el trabajo y que sean independientes cuanto antes.

Aparte es útil saber inglés, y quizás sería bueno aprender algo de programación, pero eso con calma, que ya tenéis bastante trabajo.

Y para terminar, ¿hay algo que quieras añadir?

Quería añadir que el estudiar este grado, de nueva creación, justo en el momento en que se implantaba el Plan Bolonia, me ha servido para darme cuenta de lo necesaria que es una mayor orientación a nivel universitario, desde la elección del grado hasta las salidas profesionales de este. Espero que la Asociación, a través del blog o por otros medios, pueda suplir un poco esa falta de orientación en el campo que nosotros conocemos.

Si estáis estudiando el grado o buscando trabajo, mucho ánimo, paciencia, y que espero que si esto es lo que os gusta, podáis seguir en ello, que esta área lo merece. Si estáis decidiendo qué grado estudiar, que os informéis bien y que sepáis que siempre se puede cambiar en caso necesario. Y si habéis terminado en esta página sólo porque teníais curiosidad por ver qué contábamos por aquí, espero que os haya parecido interesante.

Intentaremos hacer que todo esto siga creciendo. ¡Hasta la próxima!

Premio Nobel de Fisiología y Medicina 2014 (II)

Escrito por Irene Sánchez Brualla

Al final del artículo anterior ya teníamos el primer elemento del sistema de posicionamiento del cerebro, las células de lugar, neuronas del hipocampo que generan potenciales de acción cuando la rata pasa por un lugar determinado, una superficie amplia. Y también teníamos los primeros indicios de la existencia de otras células, situadas en la banda dorsolateral del córtex entorrinal medial (CEM), que generan potenciales de acción cuando la rata pasa por ciertos lugares, siguiendo un patrón que se mantiene en distintos ensayos, pero en este caso el número de puntos es mayor que para las células de lugar, y la superficie de estos, más pequeña. No obstante, parecía que la función de estas células estaba relacionada con la de las células de lugar del hipocampo, ¿qué información podrían estar codificando estas neuronas?

A finales de los años 90 los centíficos de este campo ya sabían que había algún sistema que permitía a las ratas codificar todo el espacio en el que se movían, más allá de las células de lugar del hipocampo de O'Keefe (contradiciendo en parte la idea que predominaba entonces -y aún persiste, como comentamos en el artículo anterior- de que el hipocampo codificaba la mayor parte de elementos de la orientación espacial); esta intuición fue en parte confirmada por el descubrimiento de las células de dirección de la cabeza en el subículo de la rata por James Ranck Jr. en 1984 ("head direction cells", más información en esta revisión hecha por Taube). Estas son neuronas que generan potenciales de acción cada vez que la cabeza de la rata apunta en un sentido concreto: una de estas neuronas puede disparar cada vez que la cabeza apunta al noroeste, otra cada vez que apunta al sur, y así sucesivamente (Figura 1).

Figura 1. Células de dirección de la cabeza. Vemos que la neurona que se activa (en negro) en la situación de la izquierda, se vuelve a activar cuando la rata vuelve a mirar en la misma dirección (situación de la derecha). Cuando mira en otra dirección (situación del centro), se activa otra célula de dirección de la cabeza distinta

A principios de siglo, los científicos ya sabían que la información espacial que llegaba al hipocampo se diferenciaba en varias representaciones, específicas de cada contexto, que se podían recuperar aunque cambiase el input original (por ejemplo, si le quitaban a la rata alguna de las referencias originales). Para el grupo de los Moser, esto le otorgaba al hipocampo un papel fundamental en la memoria específica del contexto (el espacio recorrido) o de los eventos (los elementos o sucesos de ese espacio). En base a ello, se preguntaron si la información sobre la posición de la rata podría estar codificada en una región del circuito que fuese anterior al hipocampo, en alguna estructura que, por ejemplo, midiera y orientase el movimiento del animal, representándolo de manera que fuese válido en todos los contextos (algo así como "He avanzado 2 metros hacia adelante, girado a la derecha y recorrido medio metro.", sin información sobre la posición respecto a objetos externos, sobre hacia dónde miraba, o sobre el tiempo que he tardado en hacer este recorrido).

Para encontrar este "mapa", el grupo de los Moser apostó por buscar en la banda dorsolateral del CEM. Esta es la estructura que ya habían estudiado, ya habían grabado la actividad de estas neuronas y habían visto que emitían impulsos en lugares concretos, menos extensos que las células de lugar, y que se mantenían a lo largo del tiempo, pero en su experimento anterior no pudieron identificar un patrón. ¿Por qué estas células emitían sólo en ciertos puntos, separados entre sí? ¿Qué significado tenía esto?

Para averiguarlo, tuvieron la idea de permitir a las ratas explorar en un campo abierto más grande, y esta ocurrencia reveló un patrón sorprendente: los puntos en los que estas neuronas se activaban formaban siempre triángulos equiláteros. Estos triángulos ocupaban todo el espacio. Tomando uno de los puntos como centro, este estaría rodeado por otros seis puntos que formarían un hexágono regular. Las neuronas emitían potenciales de acción cuando la rata pasaba por el centro o por alguno de los vértices de esta estructura (Fig.2). El análisis informático de estas estructuras confirmó numéricamente estas observaciones. La distancia entre dos puntos de la cuadrícula variaba de 39 a 73 cm en diferentes células de diferentes ratas (produciendo hexágonos más pequeños o más grandes), pero la desviación estándar dentro de la misma cuadrícula era de unos 3,2 cm sólo. Los hexágonos de la cuadrícula codificada por cada célula eran casi iguales, y de esta manera ocupaban todo el espacio recorrido en el campo abierto. Además, si ampliaban la superficie que las ratas podían recorrer, aumentaba el número de nodos de la cuadrícula, manteniéndose todos a la misma distancia, con lo cual, las cuadrículas podrían cubrir, hipotéticamente, una superficie infinita.

Figura 2. Representación de la cuadrícula de activación de las células de cuadrícula. Los puntos son los lugares en los que se activan estas células. Su disposición es más o menos en triángulos regulares, y se puede interpretar como un "pavimento" de hexágonos que cubre toda la superficie. Los autores no han encontrado límites para esta cuadrícula, así que, en principio, podría tener una superficie máxima infinita.

El grupo de los Moser también comprobó que, cuanto más ventral era la localización de los electrodos en la banda dorsolateral del CEM, mayor era la distancia entre los puntos de la cuadrícula de la neurona registrada, y mayor era la superficie de estos puntos (Figura 3). Esto es llamativo, pero no tan sorprendente teniendo en cuenta sus observaciones anteriores (Figura 4 del artículo anterior), según las cuales, al acercarse a posiciones más ventrales dentro del CEM, las cuadrículas se hacen más difusas. Así pues, la estructura de cuadrícula de la banda dorsolateral del CEM es más "precisa" en células más dorsales, y va perdiendo detalle en células más ventrales, en la banda intermedia se pierde bastante esta estructura, y en la banda ventromedial, no se reconoce. A medida que avanzamos de dorsal  a ventral, se va perdiendo esta organización tan elegante.

Figura 3. Al ir avanzando del extremo más lateral al más medial de la banda dorsolateral del CEM, las células de la cuadrícula se vuelven más grandes, y también aumenta la superficie de los puntos en los que emiten las células de cuadrícula. Todo esto hace perder "detalle" de la posición, es decir, las células de cuadrícula más laterales son más precisas que las más mediales, en cuanto a indicar la posición del animal.

Los investigadores observaron que las cuadrículas codificadas por diferentes células tienen diferentes orientaciones (Figura 4), pero no pudieron encontrar una gradación de dorsal a ventral dentro de la banda dorsolateral del CEM. También observaron que las neuronas cercanas entre sí, a pesar de tener diferentes orientaciones, codificaban cuadrículas que casi coincidían, si se superponían con un ligero giro, los autores relacionaron esto con una posible organización en columnas del córtex entorrinal, lo que supondría otro grado de organización de esta estructura.

Figura 4. Células de cuadrícula que se encuentran próximas entre sí en el CEM, representan cuadrículas que son semejantes, pero tienen orientaciones diferentes. Girando un poco cada una de ellas, es posible superponer la mayoría de sus puntos.

Los investigadores comprobaron además que, al rotar el suelo del campo abierto donde exploraban las ratas, la cuadrícula rotaba en el mismo ángulo. Esto indica que las cuadrículas están orientadas en relación con estímulos externos (Figura 5). También comprobaron si había cambios en la cuadrícula en condiciones de oscuridad completa, y comprobaron que, aunque en la oscuridad total se observaba un ligero desplazamiento y dispersión de los vértices, la cuadrícula se mantenía (Figura 6).

Figura 5. Los puntos de la cuadrícula giraron al girar el campo abierto 45º, y al devolverlo a su posición inicial, volvieron a girar, quedando como al principio. Esto demostró que la cuadrícula se establecía en base a estímulos externos.

Figura 6. La cuadrícula se mantiene en la oscuridad. Se permitió a las ratas explorar 10 minutos con luz (L), a continuación 10 minutos en la oscuridad (O), y otros 10 minutos con luz (L'). Aunque en la oscuridad se alteraron un poco los puntos en los que la neurona emitía potenciales de acción, las diferencias en cuanto al área en que se activaba la neurona, o en cuanto a la tasa de emisión no fueron significativas.

Finalmente, el grupo de los Moser comprobó si la misma cuadrícula se mantenía en diferentes ambientes. Permitieron a la rata explorar un campo abierto conocido en una habitación conocida, luego la trasladaron a un campo abierto desconocido en una habitación desconocida para ella, y finalmente la devolvieron al campo abierto conocido en la habitación conocida. En todos estos pasos, registraron la actividad de neuronas de la banda dorsolateral del CEM. Observaron que en todo momento, las cuadrícula se parecían, con un grado de correlación mínimo de 0,5 con la cuadrícula que codificaba la rata en el ambiente conocido en la habitación conocida, al final del experimento. Sin embargo, aunque la cuadrícula se mantuviese, la correlación era menor en los primeros minutos de exploración del nuevo espacio respecto a los últimos, lo que parece indicar que se necesita cierto tiempo para establecer la cuadrícula en relación a estímulos externos (Figura 7).

Figura 7. La cuadrícula se mantiene en un ambiente nuevo, pero tarde en establecerse. Los investigadores examinaron los potenciales de acción emitiidos por las neuronas en un ambiente familiar (F), en uno nuevo (N, durante 30 minutos) y de nuevo en el ambiente familiar. En el ambiente nuevo, la cuadrícula descrita era mucho más semejante a la del ambiente conocido a partir de los 20 minutos. Esto indica que la cuadrícula tardó unos 20 minutos en establecerse en el ambiente nuevo.

La propiedad fundamental que descubrió el grupo de los Moser sobre el mapa espacial del córtex entorrinal fue la universalidad de algunos de sus atributos:
- El patrón triangular de activación de las neuronas y el espacio entre ellas permanecen inalterables ante el cambio de elementos externos
- La capacidad de estas células para enviar impulsos siempre siguiendo el mismo patrón indica una coherencia con el ambiente similar a la de las células de posición de la cabeza. Ambos tipos de neuronas podrían funcionar mediante algoritmos semejantes.
- La cantidad de impulsos y la orientación de la cuadrícula depende de cada ambiente. El retraso que se observaba al cambiar a la rata de ambiente parece indicar que se necesita "aprender a situarse" en el nuevo ambiente para ser igual de eficientes en el envío de información.

Un problema potencial para la codificación de información mediante las células de cuadrícula es que posiblemente, en cada punto de la cuadrícula de una célula, el código de activación de la neurona sea similar. Los investigadores propusieron que las pequeñas diferencias en la orientación y la distancia entre vértices de las cuadrículas de distintas neuronas podrían resolver esta ambigüedad.

En resumen: estos experimentos parecían concluir que el hipocampo recibe del CEM información sobre el camino recorrido y sobre algunos elementos del ambiente. No olvidemos que en experimentos anteriores ya habían observado que las conexiones que volvían desde el hipocampo al CEM también eran necesarias para que las células de cuadrícula funcionasen normalmente. Todo parece apuntar a que el feedback entre estas dos estructuras es fundamental para una correcta navegación por el espacio.

Pero a este matrimonio aún le quedaban más sorpresas por descubrir sobre las células de cuadrícula. Queriendo conocer su interacción con otros tipos celulares del CEM, insertaron electrodos en diferentes capas de la banda dorsolateral del CEM, y observaron la actividad neuronal en ratas que exploraban en un campo abierto. Encontraron células de cuadrícula en las capas II, III, V y VI (las capas principales) del CEM, y comprobaron que estas eran igual de abundantes en todas las capas.

Una vez más, observaron a las ratas explorando libremente el campo abierto, con electrodos situados en distintas capas del CEM, grabándolas desde arriba. En este experimento, algunas de las ratas llevaban sólo un LED rojo en la cabeza, para que la cámara captase su posición, pero otras llevaban dos LEDs, uno rojo y uno verde, lo que permitía además conocer la trayectoria de la rata, que correlaciona con la posición de su cabeza. Mediante esta aproximación, encontraron células de dirección de la cabeza en las capas III, V y VI, principalmente en las dos primeras (representadas en la Fig. 1). En las tres capas encontraron representado el rango completo de posiciones de la cabeza. Para su sorpresa, también encontraron neuronas que eran a la vez células de cuadrícula y células de posición de la cabeza: células que tienen picos de actividad cuando la rata pasa por los vértices de una cuadrícula, pero además, emiten más cuando la cabeza de la rata apunta hacia un sentido determinado (los vértices en los que la rata miraba en el sentido "correcto" mostraban una mayor activación que los vértices en los que la rata miraba hacia otro lado; Fig. 8). 

Figura 8. Células de trayectoria y de posición de la cabeza: estas células mantenían la estructura de cuadrícula, pero además, mostraban una mayor tasa de "firing" cuando la rata miraba hacia un lugar determinado. Izquierda: mapas con el código de activación de las neuronas. Derecha: sentido de la cabeza en el que aumentaba la tasa de "firing"

La mayor parte de células con características de células de cuadrícula y de dirección de la cabeza se encontraban en las capas III y V. Al girar el suelo del campo abierto, estas neuronas respondían de manera coherente, cambiando tanto la orientación de la cuadrícula como la dirección de la cabeza para las cuales codificaban (Figura 9).

Figura 9. El registro de una neurona con características de célula de cuadrícula y de posición de la cabeza muestra que al girar 90º el campo abierto, la cuadrícula codificada por estsa células gira 90º y el sentido de la cabeza en que se activan también.

Estas neuronas con características de células de cuadrícula y de posición de la cabeza podían servir para actualizar la información espacial a medida que el animal exploraba. Sin embargo, la codificación de una posición que cambia dentro de cuadrículas superpuestas, con vértices que se encuentran a más o menos distancia, puede requerir información acerca de la velocidad del animal.

Por este motivo, los investigadores decidieron comprobar si la velocidad de los animales estaba expresada en las tasas de generación de potenciales de acción de las células de cuadrícula, de las de posición de la cabeza, o de las células que combinaban ambas características. Comprobaron que los tres tipos de células mostraban una correlación positiva entre la velocidad del animal y la tasa de generación de potenciales de acción, es decir, estos tres tipos de células emitían impulsos con mayor frecuencia cuanto más rápido se movía la rata. El hecho de que tres tipos celulares abundantes en el CEM modifiquen su actividad en relación con la velocidad, indica que gran parte de la red de localización del CEM codifica información sobre lo rápido que se mueve la rata, es decir, que esta información parece ser importante.

Estos resultados demostraron que el mapa espacial del CEM incluye células de cuadrícula, células de dirección de la cabeza y células con ambas características, y que los tres tipos celulares modifican su actividad en función de la velocidad de las ratas. El funcionamiento de estos distintos tipos celulares también hizo plantearse al grupo de los Moser si estructura columnar del CEM para el procesamiento de la información que ellos habían planteado no sería errónea y en realidad el CEM (o al menos la banda dorsolateral) funciona como un todo en cuanto a la localización en base a las células de cuadrícula, formando un circuito que integraría posición, dirección y velocidad en relación a todas las cuadrículas representadas por todas las células al mismo tiempo.

De estos descubrimientos hace años, y vamos sabiendo más cosas del mapa de representación del espacio en el circuito  CEM-hipocampo. Para más información, es recomendable esta revisión del grupo de los Moser, publicada en julio de este año. Sin embargo, aún quedan preguntas sin respuesta:

- Se han encontrado células de lugar en otras estructuras cerebrales aparte del hipocampo, y células de dirección de la cabeza fuera del subículo de la rata. Ambas aparecen en varios componentes del circuito clásico de Papez, pero también fuera de él. Para más información, consultar la revisión de Taube, citada más arriba. El significado de estas células fuera de las estructuras en las que se concentran no está claro. Curiosamente, no se han encontrado todavía células de cuadrícula fuera del CEM.

- Las neuronas de la banda intermedia del CEM no codifican una cuadrícula, pero codifican algo semejante. ¿Sólo tienen una función secundaria a las de la banda dorsolateral, o hacen algo más? La misma pregunta podría ser válida para las neuronas de la banda ventromedial, pero dado que estas tienen proyecciones muy distintas, la respuesta puede ser más divergente.

- El usar roedores como principales sujetos de estudio, e interesarse por ellos principalmente para por su parecido con los humanos tiene ciertas limitaciones. ¿Tendrán los animales que vuelan o nadan una segunda cuadrícula, para controlar sus movimientos en el plano vertical? ¿O es la misma cuadrícula para todos los animales, y simplemente los terrestres prescindimos de la vertical la mayor parte del tiempo? Los humanos podemos pilotar aviones, bucear y trepar a los árboles

A pesar de lo completo y elegante de los resultados que han obtenido los galardonados de este año, todavía quedan muchos interrogantes que resolver en este área.