El Instituto de Investigación en Discapacidades Neurológicas ( IDINE , Facultad de Medicina de Albacete, Universidad de Castilla-La Mancha) se centra en el estudio de las discapacidades neurológicas motoras, sensoriales y cognitivas. Cuenta con 13 grupos de investigación sobre estudios básicos, clínicos y traslacionales, pero que incluyen también aspectos sociales y jurídicos de la discapacidad.
El Laboratorio de Estructura Sináptica , dirigido por el Dr. Rafa Luján , está ubicado dentro del IDINE. El Dr. Luján, Catedrático de Histología y director del grupo de investigación IDINE , se centra en comprender los mecanismos básicos de las funciones cerebrales, concretamente a través del análisis celular y subcelular de los procesos de señalización neuronal. Su trabajo principal comprende el proceso de transmisión sináptica mediada por receptores para neurotransmisores y canales iónicos en condiciones normales y patológicas.
El Dr. Luján amablemente abre las puertas de su laboratorio a la Oficina de Asuntos Culturales y Científicos de la Embajada de España en el Reino Unido.
- Comenzaste tu carrera en Biología para luego pasar a la Facultad de Medicina. ¿Podría contarnos un poco más sobre su trayectoria profesional y sobre las razones que le llevaron a interesarse por la ciencia y por este campo específico de investigación?
Desde niño, quizás porque vivía junto al mar, me interesó la Biología. Uno de los regalos que más me gustó fue un pequeño microscopio de luz que utilicé desde que tenía 10 años para visualizar todo tipo de animales y plantas microscópicas. Después de terminar la escuela secundaria, me mudé de mi ciudad natal, Almería, a Granada para estudiar en la Facultad de Biología de la Universidad de Granada. Después de graduarme en 1990, comencé mis estudios de doctorado en el Departamento de Biología Celular para comprender cómo la administración de etanol afecta el número y la estructura de las células nerviosas. En ese momento, me fascinó el cerebro y su complejidad. Completé mi tesis en 1993 y recibí el Ph.D. Luego, me mudé a la Universidad de Oxford, donde trabajé como Investigador Postdoctoral durante unos cinco años en el Laboratorio del Prof. Peter Somogyi, el Director de la prestigiosa Unidad de Neurofarmacología Neuroanatómica del MRC. En ese momento, este era el laboratorio líder y más importante en la aplicación de la microscopía inmunoelectrónica de alta resolución para el estudio del cerebro. Desde entonces, he aplicado este enfoque metodológico para comprender cómo funcionan las neuronas en condiciones normales y patológicas. En 1998 regresé a España para pasar dos años en el “Instituto de Neurociencias” de Alicante, y luego establecí mi grupo de investigación independiente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Castilla-La Mancha, donde monté la He aplicado este enfoque metodológico para comprender cómo funcionan las neuronas en condiciones normales y patológicas. En 1998 regresé a España para pasar dos años en el “Instituto de Neurociencias” de Alicante, y luego establecí mi grupo de investigación independiente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Castilla-La Mancha, donde monté la He aplicado este enfoque metodológico para comprender cómo funcionan las neuronas en condiciones normales y patológicas. En 1998 regresé a España para pasar dos años en el “Instituto de Neurociencias” de Alicante, y luego establecí mi grupo de investigación independiente en la Facultad de Medicina de la Universidad de Castilla-La Mancha, donde monté laLaboratorio de Estructura Sináptica . Mi fascinación por visualizar objetos demasiado pequeños para el ojo humano, combinada con mi curiosidad por desentrañar la complejidad de los órganos del cuerpo como el cerebro, siempre impulsaron mi interés por el uso de microscopios de luz y electrónicos aplicados al estudio de la función y disfunción de las neuronas.
- ¿Puede explicar cuáles son sus principales líneas de investigación, especialmente en el campo de la enfermedad de Alzheimer?
Nuestro interés de investigación siempre se ha centrado en desentrañar la estructura funcional de las neuronas, con especial énfasis en diseccionar la arquitectura molecular de las neuronas mediante el análisis de la localización celular y subcelular de moléculas funcionales y estructurales.
Este tipo de información es de crucial importancia para comprender los mecanismos básicos por los que funciona el cerebro y, por tanto, las consecuencias que se derivan de su disfunción en condiciones patológicas.
En particular, nuestras líneas de investigación en curso buscan revelar la heterogeneidad estructural, molecular y funcional de las sinapsis centrales (los elementos clave para la comunicación neuronal). Intentamos establecer la localización subcelular de los receptores de neurotransmisores y los canales iónicos, dos familias principales de proteínas involucradas en la función de las sinapsis y las neuronas) a lo largo de la superficie neuronal, y definir los mecanismos moleculares y celulares subyacentes a las condiciones patológicas en la señalización neuronal, incluido el Alzheimer. Enfermedades de Parkinson y de Parkinson.
Para lograr estos objetivos, utilizamos técnicas de imagen que nos permiten visualizar cualquier molécula que esté presente en las neuronas con una alta resolución espacial. Combinamos estas técnicas con un software específico para realizar la reconstrucción 3D de las neuronas y cuantificar sus moléculas en condiciones fisiológicas y cómo cambian en condiciones patológicas.
- Su equipo fue elogiado por ser el primer grupo internacional que aplicó la tecnología FIB/SEM para su investigación. ¿Podría explicar qué es eso y cómo es eso importante para su trabajo?
La tecnología FIB/SEM se desarrolló en un principio para aplicaciones de investigación de materiales y se aplicó solo al estudio de muestras biológicas alrededor de 2008. Nuestra mejora en Neurociencia ha sido combinar técnicas convencionales de microscopía inmunoelectrónica con FIB/SEM para obtener un gran volumen de imágenes
y para proporcionar por primera vez una vista tridimensional de las moléculas que son esenciales para la comunicación entre las neuronas en el cerebro. Además de este método, que llamamos inmuno-oro FIB/SEM, también empleamos la técnica de congelación-fractura (SDS-FRL), una poderosa herramienta para determinar la estructura macromolecular de las neuronas. Consiste en romper físicamente una muestra biológica congelada para revelar estructuras externas e internas, brindando así una visión única de las neuronas que no es posible lograr con otras técnicas. Cuando esta técnica se combina con la visualización de moléculas específicas, proporciona información sin precedentes sobre el papel de estas moléculas en condiciones fisiológicas y patológicas. Los datos que creamos han sido utilizados por otros laboratorios en simulaciones y algoritmos que reconstruyen conexiones sinápticas para su uso en modelos de cerebro humano.
- IDINE también ha creado un software importante para la cuantificación de nanopartículas en imágenes de microscopía. ¿Cuál es la importancia de este software? ¿Cómo afecta nuestra comprensión sobre cómo funcionan las neuronas?
Todo el mérito debería recaer en un grupo de talentosos ingenieros informáticos que, en colaboración con nuestro centro de investigación, desarrollaron el nuevo software. La novedad es que este software nos permite cuantificar de forma automática aquellas moléculas en estudio mediante técnicas inmuno-gold FIB/SEM y SDS-FRL obteniendo datos tan rápido como pulsando una tecla. La ventaja del software es que puede medir muchos parámetros como la distancia entre moléculas, la formación de grupos de moléculas, la composición de estos grupos, la abundancia de moléculas en diferentes compartimentos de las neuronas, etc. Esta gran cantidad de datos generados con el software están disponibles. a otros laboratorios y se utiliza en algoritmos para simular cómo funcionan regiones específicas del cerebro.
- El grupo de investigación que lideras tiene un enfoque muy internacional, participando en múltiples proyectos europeos y otras asociaciones internacionales como el Human Brain Project en colaboración con instituciones japonesas. ¿Cuáles son los beneficios de tener este enfoque internacional? ¿Cómo puede beneficiarse la ciencia de ello?
El estereotipo clásico de que los científicos son personas que trabajan aisladas en un laboratorio construido en el sótano de una casa simplemente está muy lejos de la realidad. Detrás de cada artículo científico publicado o línea de investigación hay un gran equipo de personas. Dadas las dificultades de España para trabajar en Ciencia, con una financiación baja y limitada y científicos jóvenes buscando trabajo en el extranjero, la colaboración científica es más importante hoy que hace décadas. Siempre he tratado de hacer esfuerzos de colaboración con otras instituciones que reúnan a investigadores con formación científica o experiencia diversa. En mi caso, los investigadores de diferentes laboratorios y países aportan su propia experiencia y habilidades específicas. En general, resolver problemas complejos y abordar nuevas preguntas científicas que se benefician de un enfoque multidisciplinario son pasos críticos en Ciencias. Sin estos esfuerzos multidisciplinares, nuestra contribución científica a proyectos europeos como el Human Brain Project habría sido mucho más difícil.
- A la luz del impacto que ha tenido el Covid-19 en la sociedad en general, ¿cree que veremos un cambio en las actitudes hacia la visión pública de la ciencia? ¿Qué perspectivas espera para el futuro?
Una cosa es indiscutible: solo la financiación y todo el esfuerzo puesto en Science dieron lugar al desarrollo -en un tiempo récord- de varias vacunas contra el Covid-19 seguras y eficientes que se encuentran actualmente en uso. La gente es ahora perfectamente consciente de la importancia de la Ciencia y por primera vez los medios de comunicación de nuestro país promovieron campañas a favor de aumentar la inversión en Ciencia. Por tanto, los españoles tienen una actitud muy positiva hacia la Ciencia y son conscientes de los beneficios de invertir en Ciencia. El problema en España no es de personas sino de políticos y partidos políticos, más preocupados por conservar sus puestos de trabajo y aumentar sus votos que por buscar el bienestar de la sociedad. En otros países, incluidos muchos en Europa, esto ya no es un problema. Han aprendido que invertir en ciencia es fundamental para el progreso social y económico. Invertir en ciencia es invertir en el futuro. Aquellos países que no sigan esta simple regla se quedarán muy atrás.