Nuevos hallazgos sorprendentes sobre los axones neuronales: su morfología se asemeja a un collar de perlas a nivel nanoscópico.
– Libro de texto antiguo de Biología
Creado:
Actualizado:
Desde hace décadas los libros de texto han descrito los axones, esas extensiones de las neuronas que transmiten impulsos eléctricos, como tubos uniformes. Pero nada es como pensábamos. Yn reciente estudio liderado por investigadores de la Universidad Johns Hopkins ha desmontado esta visión. Según los nuevos hallazgos, los axones poseen una morfología sorprendente, pues se parece más a un «collar de perlas» a nivel nanoscópico. Este descubrimiento tiene profundas implicaciones para la comprensión de la señalización neuronal y podría modificar nuestra forma de entender enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
El estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature Neuroscience, combina técnicas avanzadas de microscopía electrónica y modelado matemático para analizar axones de ratones. Según el Dr. Shigeki Watanabe, líder del equipo, esta estructura no solo es estéticamente intrigante, sino que también influye significativamente en cómo se propagan los potenciales de acción a lo largo de estas fibras neuronales.
La verdadera forma de los axones
Los axones han sido históricamente considerados como cilindros lisos y uniformes. Esta idea se originó en estudios del siglo pasado que observaron los axones de calamares, famosos por su gran tamaño, lo que facilitaba su análisis. Sin embargo, este nuevo trabajo revela que en los mamíferos, los axones no son tubos continuos, sino que presentan nano-pearling: segmentos finos intercalados con abultamientos de unos 200 nanómetros de diámetro, similares a perlas en un collar.
Esta estructura es tan pequeña que escapa al alcance de los microscopios ópticos convencionales. Los investigadores usaron microscopía electrónica de alta presión para congelar instantáneamente los tejidos y preservarlos en su estado natural, evitando las deformaciones que ocurren con técnicas de deshidratación. Según el Dr. Shigeki Watanabe, líder del estudio, esta técnica permite mantener la forma real del axón, «como congelar una uva en lugar de convertirla en una pasa».
Hay que notar que los resultados muestran que esta morfología no es un defecto o una anomalía. Por el contrario, está presente en axones no mielinizados de ratones en múltiples contextos experimentales, desde cultivos celulares hasta tejido cerebral intacto. Esto refuerza la idea de que el nano-pearling es una característica funcional y no un fenómeno accidental.
Consecuencias para la transmisión neuronal
«¡Qué mas da la forma!», podrías pensar. La forma del axón no es simplemente una curiosidad anatómica; tiene implicaciones profundas en su funcionamiento. Las varicosidades actúan como puntos de regulación que modifican la velocidad de los potenciales de acción, las señales eléctricas que transmiten información a través del sistema nervioso. Según el estudio, el tamaño y la disposición de estas perlas pueden ajustarse dinámicamente en respuesta a estímulos externos.
En condiciones experimentales, se encontró que eliminar el colesterol de las membranas axonales hacía que las perlas fueran más pequeñas, lo que ralentizaba la transmisión de las señales eléctricas. Por otro lado, la estimulación eléctrica intensa agrandaba las varicosidades, acelerando temporalmente la conducción. Este mecanismo sugiere que los axones son mucho más plásticos de lo que se pensaba, adaptándose rápidamente a las necesidades del organismo.
Los modelos matemáticos utilizados en el estudio han respaldado estos hallazgos. De hecho, las simulaciones basadas en la mecánica de membranas muestran cómo los cambios en la tensión o rigidez de la membrana influyen directamente en la forma de las varicosidades.
La relación con enfermedades neurodegenerativas
El descubrimiento es útil para entender trastornos como el Alzheimer y el Parkinson, donde la integridad de las membranas neuronales y el colesterol juegan un papel crucial. Estudios anteriores ya habían vinculado el desbalance de colesterol en el cerebro con la progresión de estas enfermedades. Ahora sabemos que este desbalance podría alterar la estructura nano-pearl, afectando la transmisión eléctrica y contribuyendo al deterioro axonal.
El Dr. Watanabe señala que esta conexión podría abrir nuevas líneas de investigación para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. En este sentido, examinar cómo mutaciones genéticas o factores ambientales afectan la morfología axonal podría ayudar a identificar biomarcadores tempranos de estas enfermedades y desarrollar terapias dirigidas.
Soñar es gratis, así que en estudios futuros los investigadores planean analizar muestras de tejido cerebral humano para observar si la estructura nano-pearl se mantiene en diferentes tipos de neuronas y cómo se altera en pacientes con enfermedades neurodegenerativas. Esta información podría ser clave para entender la progresión de estas patologías y diseñar intervenciones más efectivas.
Modelado matemático y mecánica de membranas
Una parte esencial del estudio fue el modelado matemático de los axones. Los investigadores emplearon modelos de mecánica de membranas que explican cómo la tensión y la rigidez de la membrana generan la morfología observada. Según los resultados, la forma de las perlas surge de la minimización de la energía elástica, un principio físico que gobierna muchas estructuras biológicas.
Este enfoque también permitió predecir cómo los cambios ambientales, como la osmolaridad de los fluidos circundantes, afectan la estructura del axón. Por ejemplo, aumentar la concentración de azúcar en el entorno disminuyó el tamaño de las perlas, mientras que disminuir la tensión en la membrana las agrandó.
Cambiando de paradigma en la Biología
Más allá de sus implicaciones médicas, este descubrimiento tiene un impacto significativo en la enseñanza y divulgación de la biología. La visión tradicional de los axones como tubos lisos y uniformes ha sido un pilar en la comprensión del sistema nervioso. Pero actualizar esta imagen requiere no solo modificar libros de texto, pues será necesario revisar los conceptos básicos de la señalización neuronal.
El Dr. Watanabe compara este cambio con redescubrir un aspecto esencial de una máquina que creíamos conocer bien. “Los axones son los cables que conectan nuestro cerebro y permiten funciones como el aprendizaje y la memoria. Entender su verdadera forma y cómo funciona puede revolucionar nuestra comprensión de la neurociencia”, afirma.
Las nano-perlas axonales funcionan como puntos de control dinámico que modulan la propagación de las señales eléctricas en el cerebro. En lugar de ser simples «cables» de transmisión uniforme, los axones con estas varicosidades pueden ajustar la velocidad y eficiencia de los impulsos eléctricos dependiendo del entorno. Esto se logra mediante cambios en el tamaño de las perlas, influenciados por factores como el colesterol en la membrana o la actividad neuronal. Estas modificaciones permiten que el axón adapte su funcionamiento a las demandas del sistema nervioso, asegurando una transmisión más eficiente y flexible de la información.
Referencias
- Griswold, J.M., Bonilla-Quintana, M., Pepper, R. et al. Membrane mechanics dictate axonal pearls-on-a-string morphology and function. Nat Neurosci (2024). https://doi.org/10.1038/s41593-024-01813-1
