Autorretrato de Ramon y Cajal en su estudio fotográfico de Valencia.
Año 1885
Hola amigos.
Esta serie sobre los preparados histológicos de Ramón y Cajal no puede
concluir sin comentar las novedades en técnica por imágenes 3D aplicadas sobre
muestras frescos y de archivo, según fue publicado en el último número de la
revista Nature (marzo 2018).
El método 3D de última generación, desarrollado
mediante la colaboración internacional entre científicos del Imperial
College de Londres y la Universidad de Hong Kong, ofrece las condiciones para
arrojar nueva luz sobre las causas y el desarrollo de enfermedades neurológicas
que afectan a millones en todo el mundo.
A
continuación, compartimos las estupendas imágenes publicadas con acceso abierto
en Nature, acompañadas con una breve reseña del artículo original
1 Tinción de inmunofluorescencia de los tejidos cerebrales de archivo.
2 Tinción no inmunohistoquímica con aclaramiento de tejido en tejidos cerebrales fijados con formalina-
3 Aplicación de inmunohistoquímica 3D con histología de próxima generación.
4 Mapeo 3D del sistema catecolaminérgico del tallo cerebral
Tradicionalmente,
las muestras de imágenes cerebrales han consistido en tomar pequeñas muestras
de tejido cortadas en rodajas ultrafinas que pueden teñirse para revelar
características de interés, como proteínas u otros marcadores asociados con la
enfermedad.
En
cambio, las nuevas técnicas 3D hacen que el tejido cerebral emerja transparente,
y permite a los investigadores ver la estructura anatómica con todo detalle. Muchos
de los problemas metodológicos a resolver se centraron en las propiedades
únicas del cerebro humano, así como en la preservación y el procesamiento del
tejido humano en la autopsia.
Para
superar estos problemas, el equipo, ha desarrollado una nueva solución de
limpieza de tejidos, OPTIClear, que permite una amplia gama de métodos de
etiquetado molecular para la visualización 3D de tejido cerebral humano fresco
y de archivo.
El
Profesor Steve Gentleman, Director Científico del Parkinson's UK Brain Bank en
el Imperial College de Londres comentó: "Al utilizar herramientas como
estas en el laboratorio, podremos visualizar cómo las células interactúan entre
sí en 3D y aprender más sobre las vías y conexiones que se dañan en las
condiciones neurodegenerativas cerebrales comunes que tienen un impacto tan
enorme. en las vidas de las personas
Usando
este nuevo enfoque, han podido aplicar tinción sobre células nerviosas, células
gliales y vasos sanguíneos, y diferenciarlos de los marcadores patológicos, tales
como los enredos de la proteína tau descriptos postmortem en los cerebros de
pacientes con Alzheimer. Todos los rasgos emergen con detalles exquisitos y permiten
determinar cómo se relacionan entre sí en el espacio 3D.
"Estas
técnicas permiten revelar la estructura microscópica del cerebro humano con
detalles espectaculares", dijo el Profesor Steve Gentleman, Director
Científico del Parkinson's UK Brain Bank en el Imperial College de Londres.
Añadió:
"Al utilizar herramientas como estas en el laboratorio, podremos
visualizar cómo las células interactúan entre sí en 3D y aprender más sobre las
vías y conexiones que se dañan en las condiciones neurodegenerativas cerebrales
comunes que tienen un impacto tan enorme. en las vidas de las personas”
Según
los investigadores, el método es relativamente barato, es eficiente en el tiempo
y constituye la base para el posterior desarrollo de la técnica, de la que se
espera contribuya a una mejor comprensión de los procesos cerebrales, tanto
fisiológicos como patológicos.
Abstracto (publicado en Nature
2018)
Métodos de histología de próxima generación para imágenes
tridimensionales de tejidos cerebrales humanos frescos y de archivo
Las
técnicas de limpieza modernas para la visualización tridimensional (3D) de la
microestructura del tejido neural han sido muy eficaces cuando se utilizan en
el cerebro de roedores, pero muy pocos estudios las han utilizado en el
material cerebral humano, principalmente debido a las dificultades inherentes
al procesamiento del tejido post mortem. Aquí desarrollamos una solución
de limpieza de tejidos, OPTIClear, optimizada para el tejido cerebral humano
fresco y de archivo, incluido el material embebido en parafina fijado con
formalina. A la luz de los desafíos prácticos con la inmunotinción en el
aclaramiento de tejidos, adaptamos el uso de violeta de cresilo para la
visualización de neuronas en tejido depurado, con el potencial de cuantificación
3D en regiones de interés. Además, utilizamos trazadores lipofílicos para
el rastreo de procesos neuronales en el tejido post-mortem, lo que permite el
estudio de la morfología de las espinas dendríticas humanas en 3D.
Agradecemos
a Neurosciense Newsla difusión de la
noticia.
“El buen dibujo, como la buena preparación microscópica, son
pedazos de la realidad, documentos científicos que conservan indefinidamente su
valor y cuya revisión será siempre provechosa, cualesquiera que sean las
interpretaciones a que hayan dado origen.”(Santiago Ramón y Cajal, 1899)
Décadas antes que se desarrollara el poderoso
microscopio electrónico, un hombre se encorvaba en España a fines del siglo XIX
sobre uno rudimentario mientras elaboraba hipótesis proféticas del funcionamiento
cerebral.
Santiago Ramon y Cajal fue artista, fotógrafo, doctor,
fisicoculturista, científico, jugador de ajedrez y editor. Pero también es el olvidado
padre de la Neurociencia moderna.
“Fue uno de esos tipos tan decididamente influyentes
como Pasteur o Darwin en el siglo XIX”, dijo Larry Swanson, un neurobiólogo de
la Universidad de Carolina del Sur. Y añadió “Es más difícil de explicar la
causa de que no sea tan famoso”.
Ramón y Cajal comenzó su trabajo interesándose en
las artes visuales y la fotografía- Su padre, también médico, no consiguió que
su hijo se dedicara a la clínica, y tuvo que conformarse con que se abocara a la
descripción anatómica mediante la realización de preciosos dibujos
naturalistas, incluso hasta inventó un método para hacer fotos a color que no
alcanzó a patentar. Sin sus antecedentes como dibujante, ni su experiencia en
revelado fotográfico, quizá no hubiera descubierto el camino para demostrar sus
inferencias.
“Es bastante raro que un científico sea un
verdadero artista que ilustre todo su trabajo de manera brillante”, dijo el Dr.
Swanson. “Parece haber un resurgimiento real del interés por la interacción
entre la ciencia y el arte, y creo que Ramón y Cajal puede ser un icono en ese
terreno”.
A fines del siglo XIX Ramón y Cajal quería saber
algo que nadie comprendía realmente: ¿Cómo viaja el impulso neuronal a través
del cerebro?
Otros científicos experimentales de la época venían
observando y describiendo los fenómenos eléctricos de trasmisión en el SNC.
Para comenzar, la trasmisión de impulsos no podía deberse a un desplazamiento
de materia a lo largo del tubo nervioso que constituye la fibra. En cuanto pudo
medirse la velocidad de propagación material, esta hipótesis hubo de ser
desechada. Los investigadores de fines del siglo XIX ya no podían imaginarse
que algo material pudiera circular a la velocidad de 100 metros por segundo a
través de un tubo de consistencia gelatinosa de varias milésimas de milímetro
de diámetro.
Sin embargo, descubrieron que la actividad del
nervio puede provocarse mediante un estímulo de naturaleza física o química. En
ese tiempo se usaba un choque eléctrico entre dos electrodos colocados en
contacto con el nervio en uno de los extremos de la preparación.
La existencia de este fenómeno eléctrico, que
demostró el paso de la onda y era relativamente fácil de registrar dio un
enorme impulso a las investigaciones del funcionamiento neuronal.
Poe ejemplo, las observaciones realizadas sobre
músculos de patas de rana, habían permitido llegar a la conclusión que, cuando
se aplica un estímulo a un nervio aislado, se propaga en ambos sentidos un
vuelo de impulsos que parten del punto en que se ha aplicado el estímulo.
Aquí resulta pertinente recordar que el paradigma
de la época consideraba a la entera red neuronal como una enorme red
ininterrumpida, de una manera similar a la vasta red de vasos sanguíneos. Era
conocida como la doctrina reticular.
Santiago Ramón y Cajal, (1852-1934) en su carácter
de investigador español independiente y sin ningún apoyo oficial, buscaba
mantenerse al tanto de los avances de su tiempo, y lo hacía costeando de su
bolsillo lo que las revistas científicas publicaban en su día sobre los
impulsos eléctricos.
La vida de Ramón y Cajal cambió en Madrid en 1887,
cuando otro científico español le mostró una reacción química que coloreaba
células cerebrales aleatorias. Este método de tinción, desarrollado por el
científico italiano Camilo Golgi permitía ver los detalles de una neurona
completa sin la interferencia de sus vecinas:
Golgi había descubierto que la tinción con cromato de plata (impregnación
cromoargéntica) permitía teñirparte del tejido nervioso.
Con esa técnica, se ve parte del tejido nervioso teñido de negro en un fondo no
teñido que se ve de color dorado.
Ramón y Cajal notó que era difícil entender lo que
se veía en los cortes histológicos porque, usando tejidos nerviosos maduros, era tan grande y compleja la
maraña teñida que no quedaba claro si era algo continuo o formado por
estructuras independientes. Y, entonces, tuvo
una idea genial y hermosa: ¿y si observáramos
un tejido nervioso en desarrollo en
vez de uno adulto? ¿Uno en el que el bosque fuera menos frondoso?
Estaba claro para el investigador que, si quería
obtener algún avance al respecto no le quedaba otra alternativa que depender de
sus agudas observaciones
El propio Cajal dejó asentada esta idea en una de
sus memorias:
“Tal fue
la sencillísima idea inspiradora de mis reiterados ensayos del método argéntico
en los embriones de ave y de mamífero. Escogiendo bien la fase evolutiva, o más
claro, aplicando el método antes de la
aparición en los axones de la vaina medular (obstáculo casi infranqueable a
la reacción), las células nerviosas,
relativamente pequeñas, destacan íntegras dentro de cada corte … en suma,
surge ante nuestros ojos, con admirable claridad y precisión, el plan
fundamental de la composición histológica de la substancia gris.
Para colmo de fortuna, la
reacción cromo-argéntica, incompleta y azarosa en el tejido adulto, proporciona en los embriones coloraciones
espléndidas, singularmente extensas y constantes”
Sus preparados histológicos sobre tejido
embrionario le permitieron concluir, fuera de toda duda, que cada neurona es individual, crece, se
desarrolla y posteriormente se conecta con alguna de las que está cerca.
La historia registra que en 1888 logró plasmar en
un preparado histológico el descubrimiento sobre el carácter individual de neuronas. En 1889, Ramón y Cajal llevó sus
láminas y diapositivas a un congreso científico en Alemania. Cuentan que montó
el microscopio con el portaobjetos en el salón e invitó a los grandes
científicos que se hallaban presentes para que vean por sí mismos los
preparados.
Albert von Kölliker, un influyente científico
alemán, se sorprendió por lo que pudo observar y comenzó a traducir y difundir
entre los académicos europeos el trabajo de Ramón y Cajal. A partir de allí
comenzó a conocerse la doctrina de la
neurona, con lo que paulatinamente fue imponiéndose sobre la teoría reticular que entonces
prevalecía
La teoría de Ramón y Cajal describía cómo fluía la información por el cerebro. Las
neuronas eran unidades individuales que
se comunicaban unas con otras de una manera no determinada
Esta conexión aleatoria, que hoy sabemos es de
carácter eléctrico o químico, le permitió a Cajal conjeturar que, si pensamos,
aprendemos y creamos nuevos recuerdos en el cerebro, entonces ese espacio de
luz pequeñísimo entre neuronas era muy probablemente la ubicación del lugar donde surgen los
pensamientos.
En 1906 él y Golgi compartieron el Premio Nobel por
el enorme avance que representaba la Medicina, la técnica perfeccionada sobre
preparados histológicos.
Para ese entonces Ramón y Cajal venía desarrollando
la teoría que las neuronas eran células
cerebrales individuales, y no formaban una red continua. Cuestionar la
teoría reticular hizo que se diera cuenta de cómo las células cerebrales individuales envían y reciben información,
algo que constituye la base de la neurociencia moderna.
Cajal y el concepto de plasticidad neuronal
Ramón y Cajaltambién postuló que el cerebro
cambia de forma permanentemente, lo que le da la oportunidad de adquirir y
eliminar datos de manera continua, desde la concepción hasta la muerte.
Uno de
los más interesantes conceptos anticipado por Cajal ha sido la regeneración del
Sistema Nervioso Periférico (SNP) y, más aún, la del Sistema Nervioso Central
(SNC).
De él
surgió el concepto de «cerebro plástico» o Neuroplasticidad, que define al
Sistema nervioso como una estructura en constante renovación que, en cada
instante puede adquirir nuevas informaciones o eliminar otras.
Esta
versatilidad neuronal, presente a lo largo de la vida desde el desarrollo
embriológico, ha sido un tema intensamente estudiado por investigadores
contemporáneos tanto desde el punto de vista de la biología molecular como
desde la perspectiva de la transmisión sináptica, elemento fundamental para la
comunicación interneuronal a través de complejos sistemas que cumplen funciones
sutiles y específicas.
Ya en
1892, Cajal percibió las semejanzas que existían entre los fenómenos ameboideos
descritos en los espermatozoos, las observadas en ciertos leucocitos, y las expansiones de las neuronas observadas
durante el desarrollo embriogénico de la médula espinal, cerebelo, cerebro y
retina.
Estas
observaciones le hicieron pensar en la existencia de una especial sensibilidad de las
neuronas a sustancias existentes en los tejidos que podrían ser causa de las
abundantes transformaciones y desplazamientos o migraciones de las neuronas.
Cajal
proponía que, durante la embriogénesis, estas sustancias neurotrópicas y
neurotácticas se sintetizarían profusamente de una manera secuencial. El
neuroblasto crecería paso a paso siguiendo las corrientes químicas existentes
en el ambiente (quimiotaxis) y las señales originadas en los espongioblastos,
fibras musculares, epitelios cutáneos u otras estructuras de «tejidos-diana»
alejados del sistema nervioso.
Fenómenos
semejantes a los que Cajal observó en el SNP ocurrirían también en el SNC y las
neuronas vecinas o alejadas también actuarían como mecanismos neurotrópicos
secuenciales.
Durante
la embriogénesis, dependiendo del tipo y cantidad de estímulos químicos, los
axones crecerían en primer lugar seguidos de las dendritas y, eventualmente, de
las ramificaciones de los axones y de las dendritas. Señales más
potentes podrían ser responsables de las migraciones de los
cuerpos neuronales como es el caso de los gránulos del cerebelo o,
también, el de algunas neuronas corticales.
Además
de estas rápidas transformaciones necesarias para la embriogénesis, Cajal postuló la existencia de mecanismos
regeneradores semejantes, pero a velocidades mucho más lentas, que serían
utilizados para el mantenimiento de las estructuras ya formadas y para los
ajustes morfológicos a medida que nuevas funciones cerebrales fuesen
desarrollándose.
Además,
en la vida post-embriogénica estos mecanismos neurotróficos se
potencian cuando los cuerpos neuronales o sus fibras se lesionan, sea por
traumatismos o por enfermedades. Estas regeneraciones reactivas son mucho más
aparentes y eficaces en el SNP pero también se observan e, incluso, pueden ser
estimuladas en el SNC, si aparecen en el parénquima sustancias activadoras
apropiadas, preferiblemente de origen mesenquimal. Según Cajal, estas
sustancias actuarían «enzimáticamente» estimulando las reacciones químicas en el
protoplasma del cuerpo neuronal que conducirían al crecimiento reparativo de
sus axones y dendritas.
Los
impresionantes experimentos llevados a cabo por Cajal y sus colaboradores
(fundamentalmente Tello y Leoz) fueron publicados en 1914 en la excepcional
monografía «Estudios sobre la Degeneración y Regeneración del Sistema
Nervioso». Seccionando nervios periféricos y diferentes áreas de la médula
espinal, el cerebelo, la sustancia blanca cerebral o los nervios ópticos y
aplicando nuevas técnicas de tinción, lograron
imágenes histológicas que mostraban una intensa y rápida regeneración estructural
claramente manifestada en el SNP pero mínimamente presente en el SNC.
Todos
estos resultados y las teorías funcionales propuestas que anticipaban la existencia de los
factores de crecimiento neuronal, se integraban perfectamente en el
moderno campo de la Neurorehabilitación, que puede definirse como: «Normalización o intento de normalización de los niveles funcionales de los
sistemas nervioso periférico y central perdidos tras los efectos destructivos
de la enfermedad o trauma».
Sin embargo, Ramón y Cajal murió antes de que sus
geniales conjeturas se comprobaran de modo definitivo con el desarrollo de los
microscopios electrónicos en la década de 1950.
A continuación, comparto con ustedes un vídeo
institucional español que sintetiza adecuadamente el formidable legado de Ramón y
Cajal, vigente como todos los clásicos hasta el día de hoy: (Duración: 17 minutos)
En esta oportunidad comparto con
ustedes el enlace de un documental francés sobre los cambios cognitivos que se
producen por el ejercicio de la lectura:
