1 de agosto de 2022
El McKnight Endowment Fund for Neuroscience (MEFN) anunció los tres beneficiarios de $600,000 en subvenciones a través de los premios McKnight Technological Innovations in Neuroscience Awards 2022, reconociendo estos proyectos por su capacidad para cambiar fundamentalmente la forma en que se lleva a cabo la investigación en neurociencia. Cada uno de los proyectos recibirá un total de $200,000 durante los próximos dos años, avanzando en el desarrollo de estas tecnologías innovadoras utilizadas para mapear, monitorear y modelar la función cerebral. Los premiados de 2022 y sus proyectos:
- Andre Berndt, PhD, de la Universidad de Washington, está desarrollando un sistema para crear y escanear una gran cantidad de biosensores optogenéticos muy rápidamente, de modo que los investigadores puedan identificar y refinar estos biosensores con mayor precisión para sus experimentos. La tecnología actual y las limitaciones de recursos limitan a los investigadores a explorar solo docenas o cientos de biosensores, y el pequeño tamaño de la muestra significa que no pueden estar seguros de haber encontrado la mejor opción. Con la capacidad de crear y filtrar decenas de miles, sus opciones se expandirán exponencialmente.
- Ruixuan Gao, Ph.D., de la Universidad de Illinois Chicago, está diseñando químicamente un nuevo tipo de hidrogel para usar en una nueva práctica de microscopía de expansión, esencialmente expandiendo muestras de tejido y sus células componentes a muchas veces su tamaño original para que sean más fáciles de estudiar. Su nuevo “tetra-gel” y moléculas especializadas que anclan la muestra al gel permitirán que se expanda con alta fidelidad y permanezca estable para que se pueda capturar mejor el perfil molecular del tejido cerebral.
- Mirna Mihovilovic Skanata, Ph.D., de la Universidad de Syracuse, está desarrollando una nueva aplicación de alta precisión para la microscopía de dos fotones que permitirá a los investigadores rastrear con precisión y manipular ópticamente la actividad neuronal en un área grande en larvas de moscas de la fruta que se comportan y se mueven libremente. El sistema es totalmente no invasivo, utiliza un algoritmo para ajustar el movimiento de las larvas y realizar un seguimiento de múltiples células individuales simultáneamente calculando y corrigiendo el movimiento y la deformación del cerebro a medida que el animal se mueve.
Obtenga más información sobre cada uno de estos proyectos de investigación a continuación.
Acerca de los Premios a las innovaciones tecnológicas en neurociencia
Desde que se estableció el premio McKnight Technological Innovations in Neuroscience en 1999, el MEFN ha contribuido con más de $16 millones a tecnologías innovadoras para la neurociencia a través de este mecanismo de premios. El MEFN está especialmente interesado en el trabajo que adopta enfoques nuevos y novedosos para mejorar la capacidad de manipular y analizar la función cerebral. En última instancia, las tecnologías desarrolladas con el apoyo de McKnight deben ponerse a disposición de otros científicos.
"Una vez más, ha sido emocionante ver el ingenio que nuestros solicitantes están aportando a las nuevas neurotecnologías", dijo Markus Meister, Ph.D., presidente del comité de premios y profesor de ciencias biológicas Anne P. y Benjamin F. Biaggini. en Caltech. “Nuestros premios abarcan una amplia gama, desde nuevos biosensores para moléculas de señalización hasta métodos inteligentes que expanden el tejido neural antes de la microscopía de alta resolución”.
El comité de selección de este año también incluyó a Adrienne Fairhall, Timothy Holy, Loren Looger, Mala Murthy, Alice Ting y Hongkui Zeng, quienes eligieron los Premios a las innovaciones tecnológicas en neurociencia de este año de un grupo altamente competitivo de 90 solicitantes.
Para más información sobre los premios, por favor Visita nuestro sitio web.
Premios McKnight a las innovaciones tecnológicas en neurociencia 2022
Andre Berndt, PhD, Profesor Asistente, Departamento de Bioingeniería, Universidad de Washington
Ingeniería masivamente paralela y de alto rendimiento de biosensores optogenéticos para la señalización neuronal
Las proteínas fluorescentes codificadas genéticamente han revolucionado el estudio de las células cerebrales y los circuitos neuronales. Al iluminarse literalmente en presencia de actividad neuronal específica, que luego puede ser registrada por microscopios y fibras de luz en cerebros vivos, esta herramienta ha descifrado muchos misterios y ha permitido a los investigadores visualizar la actividad cerebral y las vías neuronales. Pero ha habido un cuello de botella: desarrollar e identificar el mejor sensor para cada experimento. Estas proteínas codificadas necesitan reaccionar en presencia de solo estímulos específicos, en algunos casos pueden necesitar ser altamente sensibles, en otros casos pueden necesitar fluorescencia por un período de tiempo más largo, o un experimento puede necesitar dos sensores para ver cómo funcionan múltiples neurotransmisores. obrar recíprocamente.
En el pasado, cada sensor tenía que ser modificado genéticamente, producido y probado individualmente. Tal vez solo se pudieron comparar unas pocas docenas o cientos, y los investigadores eligieron la mejor opción de una pequeña muestra, sin saber si había una opción mejor y más precisa disponible. El Dr. Berndt ha desarrollado un proceso para desarrollar y probar una gran cantidad de biosensores optogenéticos simultáneamente, con el objetivo de evaluar más de 10 000 por día y construir una biblioteca masiva de biosensores que pueden brindar a los investigadores acceso a proteínas diseñadas con precisión que pueden usar para ejecutar cada vez. experimentos más específicos.
La tecnología utiliza ingeniería genética rápida para crear un gran número de variantes de un biosensor y luego coloca las variantes individuales en una matriz de micropocillos. Los sensores están expuestos a neuropéptidos (actualmente, el Dr. Berndt se está enfocando en sensores de opioides específicos de ligandos) y luego los sensores ópticos leen la micromatriz, detectan el brillo y otras variables de cada variante, y seleccionan las mejores opciones para realizar más pruebas. En el transcurso de 2 años, se probarán unos 750 000 biosensores y se perfeccionará el proceso para su evaluación, lo que permitirá avanzar en la investigación sobre las acciones de los opioides en el cerebro y brindar un enfoque versátil que otros investigadores pueden usar para sus experimentos.
Ruixuan Gao, Ph. D., Profesor Asistente, Departamento de Química y Departamento de Ciencias Biológicas, Universidad de Illinois Chicago
Perfil espacial sub-10 nm de proteínas sinápticas y transcritos de ARN con microscopía de expansión de alta isotropía utilizando un hidrogel altamente homogéneo construido a partir de monómeros similares a tetraedros
Para examinar cosas que son muy pequeñas, como las neuronas y sus sinapsis en el cerebro, los investigadores utilizan potentes microscopios. Pero hay otro enfoque que puede producir resultados impresionantes: literalmente expandir una muestra de tejido y las células dentro de ella mediante el uso de un hidrogel hinchable especial a través de un proceso llamado microscopía de expansión. El hidrogel se une a diferentes componentes moleculares de las células y se expande, idealmente manteniendo todos los componentes en la misma posición relativa entre sí, creando una muestra más grande y más accesible para estudiar, en principio, similar a escribir en un globo y luego inflarlo. .
Sin embargo, los hidrogeles actuales utilizados para este proceso tienen algunos inconvenientes cuando se trata de estudiar estructuras diminutas en el cerebro. El margen de error al mantener la posición relativa de las moléculas no es tan preciso como se desea. El nuevo gel que potencialmente supera este problema reacciona mal al calor utilizado en la desnaturalización y el tratamiento de muestras de tejido. Y puede limitar el uso de biomarcadores fluorescentes. El Dr. Gao tiene como objetivo mejorar la tecnología mediante el desarrollo de un nuevo tipo de "tetra-gel", que está diseñado químicamente para tener un monómero en forma de tetraedro que es extremadamente uniforme a medida que se expande, resiste el calor y permite el uso de marcadores bioluminiscentes. También desarrollará enlazadores químicos, moléculas especializadas que unirán diferentes componentes moleculares de la muestra al gel. El objetivo es tener una muestra expandida que coincida con la fidelidad del original dentro de los 10 nanómetros, igualando la resolución de los microscopios potentes.
La investigación del Dr. Gao ya ha identificado compuestos prometedores con los que desarrollar este tetragel. A medida que su laboratorio lo desarrolle y lo perfeccione, aplicará sus habilidades al estudio de, por ejemplo, cerebros afectados por la enfermedad de Parkinson de aparición temprana. Estudiar la estructura exacta de estos cerebros ha sido un desafío con los métodos tradicionales, y el objetivo es mapear con precisión las proteínas sinápticas y las transcripciones de genes asociadas, ayudando a descubrir cómo está estructurado molecularmente el cerebro de EP de inicio temprano.
Mirna Mihovilovic Skanata, Ph.D., Profesora Asistente, Departamento de Física, Universidad de Syracuse
Tecnología de seguimiento de dos fotones para leer y manipular patrones neuronales en animales que se mueven libremente
El estándar de oro para los neurocientíficos es poder registrar y manipular lo que sucede en el cerebro con un alto nivel de precisión, en un área grande, mientras un animal vivo se comporta libre y naturalmente. A lo largo de los años, la tecnología ha permitido a los investigadores avanzar hacia este ideal, pero siempre con algunas concesiones. A menudo, los animales necesitaban que se les arreglara la cabeza y/o se les implantaran sensores u ópticas intrusivas en sus cerebros y, a menudo, la grabación o manipulación de alta fidelidad se limitaba a un área relativamente pequeña del cerebro, mientras que las grabaciones y la manipulación de base amplia se limitaban a un área relativamente pequeña del cerebro. menos preciso
Uno de los desafíos clave es simplemente el movimiento y la distorsión del cerebro y las neuronas en un animal que se mueve libremente. Pero la Dra. Skanata está desarrollando una nueva tecnología de rastreo de dos fotones que le permite rastrear múltiples neuronas individuales en un animal en movimiento sin implantes invasivos, y activar o manipular ópticamente esas neuronas. El modelo utilizado son las larvas de la mosca de la fruta, que son naturalmente transparentes, y el sistema que seguirá desarrollando el Dr. Skanata utiliza microscopios de dos fotones (que permiten una orientación muy precisa) junto con un ingenioso algoritmo que puede detectar rápidamente el movimiento de neuronas individuales y ajuste la posición del sujeto en un escenario en movimiento para mantenerlo centrado bajo el microscopio. El sistema calcula las posiciones relativas de múltiples neuronas, se ajusta al movimiento y la deformación del cerebro durante el movimiento y rastrea la actividad neuronal en un área grande.
Al rastrear un animal que ha sido modificado para que las neuronas puedan activarse cuando se exponen a la luz óptica, el sistema permite a los investigadores activar las neuronas con alta precisión durante la actividad natural. Es importante destacar que el sistema que está desarrollando el Dr. Skanata tiene la capacidad de controlar de forma independiente dos rayos láser, por lo que puede rastrear múltiples áreas simultáneamente e incluso permitirá rastrear la actividad entre individuos, lo que permite conocer la actividad neuronal durante los encuentros grupales.
