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INSTITUTO DE INVESTIGACIONES BIOLÓGICAS
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División Neurociencias

DEPARTAMENTO DE NEUROFISIOLOGÍA CELULAR Y MOLECULAR

 

UNIDAD BASES NEURALES DE LA CONDUCTA

 

Líneas de investigación:

 

1- Biología de las células progenitoras en la médula espinal.

 

Durante el desarrollo, la médula espinal se genera a partir de células madre que se encuentran en la parte caudal del tubo neural. Las células que tapizan el canal central de la médula espinal en los animales adultos derivan de la parte ventral de este tubo y es probable que retengan alguna de las propiedades de las células neuroepiteliales primitivas. De hecho, en los vertebrados inferiores algunas de estas células tienen un fenotipo funcional y molecular característico de las glías radiales que ofician de progenitores neurogénicos durante el desarrollo. Por otro lado, las células del epéndimo en los mamíferos son capaces de proliferar, pero sólo generan células pertenecientes al linaje glial. Sin embargo, cuando son transplantadas a un medio adecuado como el giro dentado del hipocampo, estas células progenitoras son capaces de generar nuevas neuronas. Nuestro interés es comprender los mecanismos celulares y moleculares que determinan propiedades tales como la capacidad proliferativa y el potencial de linaje de las células progenitoras espinales. Para alcanzar este objetivo utilizamos dos modelos experimentales: la médula espinal de la tortuga -que conserva un dominio de progenitores con capacidad neurogénica- y la médula espinal de la rata neonatal que carece en condiciones normales de capacidad neurogénica.

 

2- Regeneración en la médula espinal luego de una lesión traumática.

 

La lesión traumática o degenerativa de la médula espinal en los humanos ocasiona una serie de discapacidades que limitan en forma severa la calidad de vida. Esto se debe a que -a diferencia de órganos como la piel o el hígado- la capacidad de autoreparación de la médula espinal en los mamíferos es muy limitada. Algunos anamniotas, sin embargo, poseen la capacidad de auto-reparar la médula espinal luego de una lesión. A pesar de que las tortugas son vertebrados amniotas como los mamíferos, nosotros hemos encontrado que la médula espinal en estos animales es capaz de regenerar y alcanzar una recuperación funcional significativa luego de una lesión severa. Nuestra hipótesis es que la reparación endógena de la médula espinal en la tortuga es orquestada por un subgrupo de células que contactan el canal central, las cuales se comportan como progenitores multi-potentes. Las nuevas células gliales generadas a partir de estos precursores darían soporte a los axones en regeneración, en tanto la generación de nuevas neuronas contribuiría a la restauración funcional de los circuitos espinales afectados. Una pregunta particularmente importante entonces es: ¿cuáles son las diferencias entre los precursores que contactan el CC de los animales con mecanismos endógenos de reparación y aquellos que los han perdido, como los mamíferos? Nuestro interés es entender los cambios que induce una lesión traumática sobre los progenitores espinales, utilizando dos modelos con distintas capacidades de auto-reparación: la médula espinal de la tortuga y la rata.

 

3- Plasticidad de las motoneuronas durante la regeneración de la médula espinal.

 

Uno de los mecanismos que podría contribuir a la recuperación funcional luego de una lesión de la médula espinal es el ajuste de las propiedades intrínsecas y sinápticas de las neuronas que forman las redes responsables de ejecutar los actos motores. De hecho, existen ejemplos tanto a nivel celular como circuital, que una alteración de la actividad normal desencadena mecanismos homeostáticos que tienden a llevar al sistema hacia su estado de actividad normal. ¿Es posible que este tipo de mecanismos juegue un papel en la recuperación funcional que se observa en las tortugas luego de una lesión espinal? En esta línea de investigación nos proponemos estudiar los cambios de las propiedades electrofisiológicas intrínsecas y sinápticas en la via final común de los sistemas motores: la motoneurona. Nuestro interés se focaliza en los posibles cambios plásticos del potencial “plateau” mediado por canales de Ca2+ de tipo L, y en la modulación a través de la señalización serotoninérgica.

 

4- Rol de las propiedades intrínsecas neuronales en el procesamiento de la información somatosensorial.

 

El funcionamiento de las redes neuronales descansa en tres pilares fundamentales: las propiedades intrínsecas de los elementos que las forman (neuronas), las propiedades de los contactos entre estos elementos (las sinapsis) y el diagramado del circuito (la conectividad). Utilizando preparados “in vitro”, nuestro grupo ha demostrado que las propiedades electrofisiológicas intrínsecas juegan un papel importante en la integración de la información transportada desde la periferia por las aferentes primarias. Uno de los problemas a resolver es el papel de estas propiedades intrínsecas en condiciones más realistas que permitan generar estímulos que sean relevantes desde el punto de vista sensorial. Para esto hemos aprovechado la notable resistencia a la hipoxia del sistema nervioso de la tortuga para generar un preparado integrado que ofrece las ventajas de los preparados “in vivo” e “in vitro”. Utilizando este nuevo modelo hemos registrado con la técnica de “patch-clamp” neuronas del asta dorsal a la vez que estimulamos de forma natural las patas posteriores. En paralelo, a través de una colaboración con el Dr. Frédéric Nagy (Insitut Francois Magendie, Université de Bordeaux), estamos interesados en la participación de las propiedades intrínsecas de las neuronas del asta dorsal en el procesamiento de la información dolorosa. Para esto, utilizamos un preparado in vivo de la médula espinal de ratas adultas y realizamos registros de “patch” en neuronas de las láminas III a VI mientras estimulamos la periferia con distintos estímulos de tipo doloroso. Estas aproximaciones experimentales han revelado que en efecto, las propiedades intrínsecas en ciertas condiciones “esculpen” de manera importante la actividad sináptica derivada de la estimulación sensorial.

 

5- Regulación de la eficacia sináptica a nivel de las aferentes primarias: mecanismos de generación de la despolarización de las aferentes.

 

Otra línea de investigación de nuestro departamento es el estudio de los mecanismos celulares de la inhibición presináptica. Nuestro trabajo ha mostrado la primera evidencia funcional de la existencia de un microcircuito espinal que opera con señales graduadas y que puede regular la eficacia de las terminales aferentes. Actualmente estamos explorando las bases celulares de este microcircuito. Una de las posibilidades es que la liberación de ácido ?-amino-butírico (GABA) se produzca a partir de dendritas por un mecanismo independiente de la generación de potenciales de acción. Alternativamente, la liberación de neurotransmisor que genera la despolarización de las aferentes primarias podría ser a partir de los astrocitos. Estamos intentando evaluar la participación de estos mecanismos utilizando registros “in vitro” del potencial de la raíz dorsal (que nos permite monitorear la despolarización de las aferentes) junto con registros de “patch” en rodajas de médula espinal. Esta línea de investigación se realiza en colaboración con los Dres. Jean-Francois Perrier (Universidad de Copenhague) y Rodolfo Delgado-Lezama (CINVESTAV, México).

actualizado el 26-12-2013.