Técnicas impedancimétricas para la caracterización anatómica funcional en tejido nervioso

Abstract

Las enfermedades neurodegenerativas se caracterizan por la pérdida progresiva y selectiva de neuronas, causando una degeneración en el sistema nervioso central. Actualmente no existe una terapia que prevenga o al menos enlentezca la muerte neuronal progresiva. Los fármacos neuroprotectores tienen eficacia limitada por la falta de métodos de diagnóstico precoz de la enfermedad. Los diferentes modelos eléctricos de los tejidos biológicos, formados básicamente por la capacidad y resistencia de la membrana celular (Ccm y Rcm), la resistencia intracelular (Ricf) y la resistencia extracelular (Recf), son usados para modelar los cambios de impedancia en estos tejidos. Cuando se introduce una corriente de baja frecuencia, la capacidad y la resistencia de la membrana presenta una alta impedancia al paso de la corriente, por lo que la corriente circula principalmente por el medio extracelular. En cambio, para corrientes de alta frecuencia la misma circula tanto por la célula, atravesando la membrana y espacio intracelular, como por el medio, es decir, atravesando todo el tejido. Así, la espectroscopia de impedancia a bajas frecuencias permite caracterizar el medio extracelular, y a altas frecuencias se estudian los sucesos relacionados a las membranas celulares, que de forma indirecta permite calcular la cantidad de células y tamaño de las mismas, entre otros parámetros. Considerando que los procesos de diferenciación en tejidos nerviosos involucran cambios morfológicos como el incremento del número de células o el aumento de la conectividad entre neuronas, estos podrían reflejarse en las mediciones de espectroscopia de impedancia como características cuasi-estáticas del tejido. Así mismo, existen también cambios de impedancia locales relacionados a la variación de la conductancia de las membranas cuando ocurre un potencial de acción. Tales cambios presentan una característica dinámica y contienen información anatómica/funcional del tejido nervioso. Bajo estas consideraciones, esta tesis plantea la hipótesis de que los cambios de impedancia cuasi-estáticos y dinámicos en cultivo celular o tejido nervioso respectivamente podrían proporcionar una caracterización anatómica funcional de los mismos. Para soportar esta hipótesis se estudiaron los cambios de impedancia en suspensionescelulares de cultivos primarios de neuronas corticales de embriones de ratones Rattus norvergicus sembradas en sistemas de microarreglos de electrodos. Los resultados obtenidos en el transcurso de la adaptación del cultivo a la superficie de siembra demostraron que la espectroscopía de impedancia proporciona información madurativa/funcional del tejido biológico. También se analizó la actividad neuronal de células transformadas con un plásmido codificante para la expresión de la proteína rodopsina. Si bien, la estimulación lumínica de estas células mostró cambios en el potencial de acción no fue posible medir y complementar con los cambios de impedancia. El sistema de estudio de impedancia dinámica fue aplicado en el nervio ciático de Bufo arenarum. Los resultados obtenidos demostraron que los cambios de conductividad cuando ocurre un potencial de acción podrían ser registrados con el uso de amplificadores más potentes. En este contexto, la presente tesis plantea un sistema de medición que permita extraer información anatómica y funcional de suspensiones celulares y de tejidos nerviosos empleando técnicas impedancimétricas. Tales estrategias serán de relevancia para futuros “setups” experimentales.