Investigadores del Instituto Cajal-CSIC han desarrollado una técnica basada en la optogenética, denominada AstroLight, que permite marcar y manipular los astrocitos, unas células dinámicas que juegan un papel fundamental en la función cerebral. Gracias esta técnica innovadora lograron marcar y manipular astrocitos, revelando que forman subgrupos especializados que son esenciales para el aprendizaje y la recompensa. Este descubrimiento abre nuevas vías para investigar y tratar trastornos relacionados con el sistema de recompensa, como la adicción.
AstroLight ha permitido demostrar por primera vez lo que el grupo de Marta Navarrete, que dirige el Laboratorio de Plasticidad sináptica e interacciones astrocito-neurona, ya sospechaba por trabajos anteriores: que los astrocitos, un tipo de células del cerebro con forma de estrella, lejos de ser una población con función homogénea dentro del área en que se encuentren, se agrupan de acuerdo con las funciones que desempeñan en un determinado proceso.
“Los ensambles de astrocitos son grupos activos que desempeñan un papel clave en la regulación de la conducta. Estos conjuntos, junto con las neuronas, colaboran en la codificación e integración de comportamientos complejos, especializándose en funciones concretas. El estudio de estos conjuntos es fundamental para comprender los mecanismos que subyacen al comportamiento”, explica Marta Navarrete.
En este estudio, llevado a cabo en ratones, los investigadores se han centrado en los astrocitos del Núcleo accumbens (NAc), una estructura cerebral vital en el sistema de recompensa. Este núcleo regula la selección de conductas integrando información cognitiva y emocional, para dar lugar a comportamientos guiados por recompensas o aversiones.
Qué son los astrocitos y cuál es su función
Los astrocitos son las células gliales más abundantes del cerebro y participan en la función cerebral a través de la comunicación bidireccional con las neuronas. Cada astrocito puede llegar a establecer dos millones de conexiones en el caso del cerebro humano.
En este trabajo los investigadores del Instituto Cajal entrenaron a ratones para asociar una señal luminosa con una recompensa que consistía en una solución dulce de sacarosa. Durante el proceso de aprendizaje de los ratones para lograr la recompensa, utilizaron una nueva técnica, denominada AstroLight, con la que lograron marcar solo los astrocitos activos en momentos específicos de la tarea, para después manipularlos y poder así analizar su influencia en el aprendizaje y recompensa.
Así pudieron demostrar que los astrocitos se agrupan en función de su actividad, lo que ha permitido, a su vez, revelar el importante papel de estas células en el Núcleo accumbens durante el aprendizaje y la recompensa.
Este estudio demostró que solo un subconjunto de astrocitos del Núcleo accumbens, y no toda la población, se activa durante el proceso de aprendizaje. “Hemos observado que estos astrocitos se agrupan en función de su actividad, revelando su papel esencial en el aprendizaje y la recompensa”, señala Irene Serra, primera autora del trabajo.
Astrocitos activados por luz
AstroLight es una herramienta innovadora, adaptada para los astrocitos a partir de los estudios con neuronas. Combina tres vectores virales para, primero marcar astrocitos activos, en los que hay aumentos del ion calcio, para luego poder activar o desactivar proteínas y genes específicos, que permitan llevar a cabo experimentos de ganancia o pérdida de función de manera precisa.
Gracias a AstroLight, los investigadores observaron cómo los astrocitos se reclutan progresivamente durante el aprendizaje, formando lo que los investigadores han denominado “astroengramas”. Manipulando estos astrocitos, vieron que se afectaba significativamente el comportamiento de los ratones, modulando su motivación hacia la recompensa.
“Esto demuestra que ese subconjunto específico de astrocitos es crucial para aprender que una señal en el entorno predice una recompensa en el Núcleo accumbens”, aclaran Cristina Martín Monteagudo y Javier Sánchez Romero, coautores del trabajo.
“Los astrocitos son células dinámicas cruciales para la función cerebral, pero han sido tradicionalmente eclipsados por el énfasis en el estudio de la actividad de las neuronas en el procesamiento de la información. En los últimos años se está conociendo que los astrocitos son elementos claves en el procesamiento de información, pero debido a las limitaciones experimentales para manipularlos, no se sabía cómo estos astrocitos trabajan en grupos o redes.
“Por eso hemos desarrollado Astrolight, una técnica que nos ha permitido demostrar que existen astrocitos especializados encargados de una conducta específica del animal. Creemos que descifrar la actividad de los diferentes subconjuntos/ensambles de astrocitos junto con las neuronas es crucial para una comprensión más integral del comportamiento y el aprendizaje”, explica Marta Navarrete.
“Nuestra investigación muestra que AstroLight es una herramienta capaz de manipular astrocitos según su actividad, proporcionando por primera vez evidencia del papel funcional de conjuntos específicos de astrocitos en la codificación de asociaciones señal-recompensa”, concluye Irene Serra, primera autora del artículo.
Esta investigación abre la puerta a nuevas formas de abordar los trastornos relacionados con el sistema de recompensa, como la adicción, y subraya la importancia de los astrocitos en el funcionamiento del cerebro.
