Una investigación con participación de la Universidad de Oviedo, liderada por Antonio Martínez Sánchez, ha permitido por primera vez visualizar de forma directa la existencia de nano-columnas en sinapsis neuronales, las conexiones que se establecen entre las células responsables de dotar de inteligencia y pensamiento al cerebro. Es, precisamente, en esas conexiones dónde se produce la transferencia de información, de ahí que los investigadores crean que en su estructura es donde subyace el secreto que permitiría entender los procesos de aprendizaje y memoria de forma detallada. Los resultados obtenidos también apoyan la hipótesis de que las nano-columnas controlan de manera precisa las funciones realizadas por las sinapsis.

En este estudio se ha utilizado una técnica llamada crio-tomografía electrónica para la reconstrucción de imágenes tridimensionales de sinapsis completas en su estado nativo, esta técnica supone un paso hacia adelante en las capacidades de la crio-microscopía electrónica, avance tecnológico galardonado con el Premio Nobel de Química en 2017 que recientemente ha permitido resolver la estructura de la proteína que confiere al virus de la Covid-19 su gran capacidad infecciosa. Las muestras, antes de ir al microsocopio, se congelan de manera instantánea (vitrificación). De esta forma se consigue preservar de manera intacta su estructura a nivel molecular y obtener imágenes 3D (tomogramas) de secciones celulares en lugar de simples proteínas aisladas, lo que ha permitido estudiar la sinapsis completa a escala nanométrica (un nanómetro es un millón de veces más pequeño que un milímetro).

A esas imágenes se les han aplicado técnicas computacionales avanzadas (machine learning) para su reconstrucción tridimensional, eliminación de ruido e identificación de las diferentes estructuras que forman la sinapsis. Por primera vez se ha podido determinar la estructura tridimensional de neurorreceptores in situ interaccionando con el resto de estructuras de la sinapsis. Dada su complejidad, se ha requerido la implementación de métodos de análisis estádistico específicos para ofrecer una descripción cuantitativa de su organización.

El hallazgo y los métodos computacionales desarrollados han sido publicados en la revista Science Advances, en un artículo encabezado por el profesor del Departamento de Informática de la Universidad de Oviedo, Antonio Martínez Sánchez, adscrito como investigador en el Instituto de Salud del Principado de Asturias (ISPA), en colaboración con un grupo de investigación del Instituto Max Planck de Bioquímica en Múnich (Alemania).