Cuantificación de la columna dendrítica mediante un software automático de reconstrucción de neuronas tridimensional

Las espinas dendríticas son protuberancias de las dendritas, que a menudo comprenden el sitio postsináptico de las sinapsis glutamatérgicas ^1,2. Las espinas dendríticas son de particular interés en el campo de la plasticidad sináptica. Las espinas a menudo se alteran cuando cambia la fuerza sináptica, volviéndose más grandes y fuertes en la potenciación sináptica a largo plazo o más pequeñas y débiles en la depresión sináptica a largo plazo 3,4,5,6,7. Más allá de la plasticidad sináptica, el perfil de las espinas dendríticas cambia a lo largo de la vida. En el desarrollo temprano, hay un período de formación y crecimiento de la espina dendrítica, seguido de poda de la espina dendrítica hasta alcanzar un estado estacionario ^8,9,10. En el cerebro envejecido, la pérdida de la columna vertebral acompaña a la contracción del cerebro^{y al deterioro} cognitivo. Además, muchos trastornos neurológicos, neurodegenerativos y psiquiátricos se caracterizan por espinas dendríticas aberrantes. Múltiples regiones cerebrales en individuos afectados con esquizofrenia tienen menos espinas dendríticas, probablemente como resultado de la poda sináptica alterada¹². Los trastornos del espectro autista también se caracterizan por patologías dendríticas de la columna^{vertebral 13}. La pérdida de la columna dendrítica es un sello distintivo de la enfermedad de Alzheimer y de la enfermedad de Parkinson^14,15. Dada la amplia gama de temas de investigación que abarcan las propiedades de la espina dendrítica, las técnicas para la cuantificación precisa de la columna vertebral son de suma importancia.

La tinción, es decir, el método de Golgi, o el marcaje de neuronas mediante relleno de colorante o la expresión de proteínas fluorescentes son métodos comunes para la visualización de la columna dendrítica 16,17,18. Una vez visualizadas, las espinas se pueden analizar con una variedad de clientes de software gratuitos y disponibles comercialmente. El resultado deseado del análisis es un factor importante para determinar qué software será más útil. Fiji es una opción de software viable para preguntas centradas en la densidad de la espina dendrítica. Sin embargo, esta técnica se basa en gran medida en el recuento manual que requiere mucho tiempo y que puede introducir el potencial de sesgo. Nuevos complementos como SpineJ permiten la cuantificación automática, lo que también permite un análisis más preciso del cuello de la columna^{vertebral 19}. Un inconveniente de estos enfoques es la pérdida de un análisis tridimensional para determinar el volumen del lomo, ya que SpineJ se limita a pilas de imágenes bidimensionales. Además, obtener información sobre los subtipos de columna vertebral se vuelve un desafío a través de estos procesos. Los cuatro subtipos de espinas predominantes, delgada, seta, rechoncha y filopodio, connotan funciones individuales y se clasifican en gran medida a través de la morfología²⁰. Las espinas delgadas se caracterizan por un cuello alargado y una cabeza definida²¹. Las espinas de los hongos tienen una cabeza de espina mucho más grande y pronunciada²². Las espinas rechonchas son cortas y tienen poca variación entre la cabeza y el cuello²³. Los filopodios son espinas inmaduras con un cuello largo y delgado y sin cabeza obviamente observable²⁴. Si bien la clasificación proporciona información valiosa, las espinas existen en un continuo de dimensiones. La clasificación en categorías se basa en rangos de medidas morfológicas^25,26. La medición manual de los lomos para la clasificación agrava la carga logística para los investigadores en este enfoque.

Otras opciones de software que se centran específicamente en el análisis tridimensional de la columna dendrítica son más adecuadas para las investigaciones sobre el volumen de la columna vertebral y las propiedades del subtipo 27,28,29,30,31. A pesar de la dificultad que presenta el análisis tridimensional, como la mala resolución del plano z y el frotis, estas opciones de software permiten una reconstrucción tridimensional fiable de las dendritas y las espinas dendríticas de forma semiautomatizada guiada por el usuario. La clasificación automática de las espinas identificadas en sus subtipos también es una característica presente en algunos de estos paquetes de software de análisis de espinas. Esto puede mejorar las preocupaciones sobre la posible carga de trabajo y el sesgo experimental. Neurolucida 360 es un software disponible en el mercado que permite la identificación y clasificación tridimensional fiable y reproducible de la columna dendrítica³². Aquí, presentamos un protocolo integral para preparar de manera efectiva el tejido fijo, adquirir imágenes y, en última instancia, cuantificar y clasificar las espinas dendríticas utilizando este software.