Ahora que el Departamento de Neurociencia Dominick P. Purpura de Einstein celebra su 50.° aniversario, es un momento oportuno para mirar atrás y recordar a las luminarias que crearon el departamento y celebrar la investigación pionera de sus científicos durante las últimas cinco décadas.

Característica

50 aniversario de la neurociencia en Einstein

20 de agosto de 2024

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Cuando se fundó el departamento en 1974, atrajo inmediatamente a líderes nacionales en el campo y a jóvenes científicos prometedores que querían formarse con ellos.

"Si la neurociencia era algo que querías hacer, no podrías haber encontrado un mejor lugar para estar que aquí en el Bronx", dijo el profesor emérito Steven Walkley, DVM, PhD, miembro del departamento desde 1978 (cuando llegó a Einstein como estudiante de posgrado en el laboratorio del Dr. Purpura) hasta su jubilación en enero.

“Tuve mucha suerte. Y este lugar sigue siendo fantástico gracias al personal docente joven que tenemos ahora y a la apasionante investigación que están llevando a cabo”, añadió.

Este artículo destaca algunos de los muchos investigadores destacados que han trabajado en el departamento de neurociencia durante sus primeros 50 años.

Dr. Dominick P. Purpura

Cualquier artículo sobre el 50 aniversario del Departamento de Neurociencia de Einstein debe comenzar con Dominick Purpura, MD. Fue el presidente fundador del departamento, que ahora lleva su nombre en su honor, y se desempeñó como decano de Einstein desde 1984 hasta 2006. Sobre todo, fue un neurocientífico brillante. Bajo su dirección, el Centro Rose F. Kennedy y el Departamento de Neurociencia de Einstein se hicieron mundialmente famosos por la investigación interdisciplinaria en las ciencias del cerebro.

Dr. Dominick P. Purpura, en el centro, en 1976

“Dom era el Sr. Neurociencia, uno de los primeros neurocientíficos del mundo, y él creó este lugar”, dice el Dr. Walkley. “El conocimiento de Dom sobre neurociencia era enciclopédico y le interesaba todo”.

Tras una década en la facultad de la Facultad de Médicos y Cirujanos de la Universidad de Columbia, el Dr. Purpura se incorporó a Einstein en 1967 como profesor y presidente de anatomía. En 1972 fue nombrado director del Centro Rose F. Kennedy de Einstein, que estudia las causas de las discapacidades intelectuales y del desarrollo, y en 1974 fue designado presidente del nuevo departamento de neurociencia, que ahora ocupa casi la totalidad de las nueve plantas del Centro Kennedy.

El Dr. Purpura fue ampliamente reconocido por su trabajo en varias áreas de la neurociencia, incluidos los mecanismos de la epilepsia, el origen de las ondas cerebrales, el desarrollo cerebral fetal y, quizás lo más notable, los descubrimientos relacionados con las neuronas cerebrales estructuralmente anormales en las discapacidades del desarrollo intelectual (IDD). Sus estudios de un modelo animal de la rara enfermedad de Tay Sachs IDD y del tejido cerebral de las personas afectadas revelaron que la pérdida o la forma anormal de las espinas dendríticas de las neuronas cerebrales (pequeñas protuberancias que entran en contacto con los axones de las neuronas vecinas) es un sello distintivo de la mayoría de las IDD y de los problemas del desarrollo cognitivo, como los trastornos del espectro autista.

Doctor Michael V.L. PhD

El PhD Michael Bennett, quien sucedió al Dr. Purpura como director del departamento, también merece un reconocimiento especial. El Dr. Bennett se ganó una reputación internacional por su investigación sobre las sinapsis: los puntos en los que los impulsos nerviosos pasan de una neurona a otra. Demostró que las sinapsis no solo son sustancias químicas en la naturaleza (es decir, utilizan acetilcolina y otras sustancias químicas para transmitir mensajes), sino que también existen sinapsis eléctricas (comúnmente conocidas como uniones en hendidura).

PhD Michael Bennett

“El laboratorio de Mike (y todo el departamento cuando él asumió la jefatura) era el principal centro internacional de electrofisiología de uniones en hendidura”, afirmó el profesor David Spray, PhD, que llegó a Einstein en 1973 para trabajar como posdoctorado en el laboratorio de Bennett. “Muchos de los primeros estudios de biología molecular y celular sobre uniones en hendidura se realizaron aquí, en Einstein”.

Investigación sobre uniones en hendidura . Las sinapsis eléctricas formadas por uniones en hendidura permiten la excitación sincronizada de neuronas adyacentes. Estas uniones se encuentran con mayor frecuencia en los sistemas nerviosos de invertebrados y no mamíferos. Las uniones en hendidura se encuentran solo en una medida limitada en los cerebros de mamíferos; son especialmente importantes allí para sincronizar la activación de las interneuronas inhibidoras, que están involucradas en todas las funciones superiores, incluido el aprendizaje, la cognición y la planificación.

Junto con el PhD George Pappas, miembro fundador del departamento, el laboratorio de Bennett descubrió la estructura de las uniones en hendidura estudiando peces como la anguila eléctrica, que dependen de la transmisión nerviosa rápida, habilitada por sinapsis eléctricas, para escapar rápidamente. A través de estudios posteriores con colegas y estudiantes, el Dr. Bennett ayudó a descubrir la biología celular y molecular de las uniones en hendidura.

Uniones en hendidura y conexinas . La “brecha” entre neuronas está cubierta por una familia de unas 20 proteínas llamadas conexinas, que forman grupos de canales acuosos que permiten que las moléculas de señalización viajen entre neuronas adyacentes. Feliksas Bukauskas, PhD, que a menudo colaboró ​​con el Dr. Bennett, estudió el papel de las proteínas conexinas en la formación y regulación de los canales de unión en hendidura; el profesor emérito Thaddeus Bargiello, PhD , y Vytas Verselis, PhD, han estudiado dos miembros estrechamente relacionados de la familia de genes de las conexinas, Cx26 y Cx32; las mutaciones en el gen que codifica Cx26 son la causa más común de sordera hereditaria, y la enfermedad de Charcot-Marie-Tooth es causada por mutaciones que afectan a Cx32. El Dr. Spray ha estudiado muchos aspectos de la estructura y función de las uniones hendidas, incluyendo cómo las interacciones entre las conexinas y otras proteínas ensamblan y modulan las uniones hendidas y cómo las células gliales afectan la excitabilidad de las neuronas.

Receptores NMDA . La profesora emérita R. Suzanne Zukin, PhD, estudió los receptores NMDA, receptores neuronales que se activan con el glutamato, el principal neurotransmisor excitatorio del cerebro. Se cree que los receptores NMDA desempeñan un papel clave en la formación de recuerdos. Los doctores Zukin y Bennett identificaron los mecanismos moleculares por los que las proteínas quinasas controlan la función del receptor NMDA y estudiaron cómo se mueven los receptores, o "circulan", dentro de las neuronas.

Investigación en neuropatología

El Dr. Robert Terry, presidente de patología de Einstein desde 1969, trabajó en estrecha colaboración con el Dr. Saul R. Korey, presidente fundador de neurología en Einstein, para crear un grupo de neuropatología reconocido internacionalmente. “El cuarto piso del centro Kennedy albergaba al grupo de neuropatología más grande del mundo”, afirmó el Dr. Walkley. “Durante décadas, todos los que se formaban en neuropatología pasaban tiempo trabajando en ese piso”.

De izquierda a derecha: Peter Davies, PhD, Robert Terry, MD, y Robert Katzman, MD, en 1983

El Dr. Terry fue un destacado experto en la enfermedad de Tay Sachs y en el Alzheimer. Comenzó a investigar el Alzheimer en 1960 y fue uno de los primeros científicos en estudiar sus placas y ovillos mediante microscopía electrónica. El colega del Dr. Terry en muchos de esos estudios sobre el Alzheimer fue el Dr. Robert Katzman. “Los dos Bobs”, como se les llamaba, llevaron a cabo estudios clínicos y patológicos en pacientes ancianos en Einstein que habían mostrado signos de demencia y concluyeron que la mayoría en realidad tenía la enfermedad de Alzheimer, una afección que durante mucho tiempo se había considerado una forma rara de demencia senil. El editorial del Dr. Katzman de 1976 en Archives of Neurology, “La prevalencia y malignidad de la enfermedad de Alzheimer”, se atribuye a la redefinición de la enfermedad de Alzheimer como un problema de salud importante.

Peter Davies, PhD, un neuroquímico reclutado por el Dr. Terry para trabajar con Einstein, se convirtió en uno de los investigadores más destacados del mundo en el campo de la enfermedad de Alzheimer. En una carta publicada en 1976 en The Lancet, describió el análisis de las cortezas cerebrales de pacientes de Alzheimer recientemente fallecidos y el hallazgo de un déficit grave de colina acetiltransferasa (la enzima necesaria para sintetizar el neurotransmisor acetilcolina) y acetilcolinesterasa (la enzima que descompone la acetilcolina). Esto condujo al descubrimiento fundamental de que los cerebros con Alzheimer tenían deficiencia de neuronas colinérgicas (células nerviosas que utilizan la acetilcolina para transmitir mensajes). Dado que la enzima colinesterasa descompone la acetilcolina, el descubrimiento del Dr. Davies condujo al desarrollo del inhibidor de la colinesterasa, la tacrina, el primer fármaco aprobado por la Administración de Alimentos y Medicamentos para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.

El Dr. Davies se vio involucrado más tarde en la controversia (aún no resuelta) sobre qué es más importante en la causa del Alzheimer: la proteína beta-amiloide o los ovillos de proteína tau. Un “tauista” acérrimo, publicó unos 250 artículos sobre el papel de la proteína en la enfermedad.

Celia Brosnan, PhD

Esclerosis múltiple (EM). En los primeros años del departamento de neurociencia, el estudio de la EM y otras neuropatologías fue un área importante de investigación. Murray Bornstein, MD, PhD, llevó a cabo una investigación innovadora sobre la EM utilizando la técnica de la "gota colgante", que mantiene el tejido neuronal u otro tejido en cultivo para que pueda estudiarse. También colaboró ​​con el Instituto Weizmann de Israel y Teva Pharmaceuticals para desarrollar Copaxone, un tratamiento de uso común para la EM. A través de amplios estudios de microscopía electrónica en modelos animales de EM, el profesor emérito Cedric Raine, PhD, D.Sc., y sus colegas demostraron que la EM implica la destrucción del sistema inmunológico de la vaina de mielina de las neuronas. La especialista en cultivos celulares Edith Peterson, MS, fue la primera persona en cultivar mielina, la vaina aislante que rodea las células nerviosas, un logro que ayudó a la investigación de la EM. La profesora emérita Celia Brosnan, PhD, identificó la presencia de linfotoxina y factor de necrosis tumoral en las lesiones cerebrales de la EM. Ella y sus colegas neuroquímicos William Norton, PhD, y Wendy Cammer, PhD, demostraron en un modelo animal de EM que la proteólisis (degradación de proteínas) es un factor que contribuye a la desmielinización que caracteriza a la EM.

Enfermedades de depósito lisosomal (EDL). En la enfermedad de Tay Sachs, la enfermedad de Niemann-Pick y otras 50 enfermedades raras conocidas como EDL, las mutaciones hereditarias provocan deficiencias enzimáticas en los lisosomas (orgánulos que utilizan enzimas para digerir el exceso o el material celular descompuesto). Las enzimas lisosomales mutadas permiten que el material tóxico se acumule en las neuronas y otras células, lo que compromete su función y provoca discapacidad intelectual grave y acorta la vida.

La investigación del Dr. Walkley sobre las LSD aclaró cómo se desarrollan muchas enfermedades lisosomales y condujo a terapias para dos de ellas. En un artículo de PNAS de 1994 que incluía un modelo felino de alfa-manosidosis por LSD, él y sus colegas informaron que un trasplante de médula ósea funciona como una terapia de reemplazo enzimático, un hallazgo que ha llevado a trasplantes de médula ósea que han salvado vidas en varios niños con este trastorno poco común, que resulta de una deficiencia de la enzima alfa-D-manosidasa. Su laboratorio desarrolló más tarde dos medicamentos, miglustat e hidroxipropil β-ciclodextrina, que se descubrió que retardaban la progresión de otro trastorno lisosomal, la enfermedad de Niemann-Pick tipo C.

Los Suzuki (la neuropatóloga Kinuko Suzuki, MD, y su marido, el neuroquímico Kunihiko Suzuki, MD) llevaron a cabo importantes investigaciones sobre las LSD y otras enfermedades cerebrales, tanto como colaboradores como trabajando de forma independiente. La Dra. Kinuko Suzuki estudió la LSD denominada gangliosidosis GM1 infantil tardía (causada por una deficiencia de la enzima beta-galactosidasa-1). La Dra. Kunihiko Suzuki estudió la enfermedad de Krabbe, una LSD causada por una deficiencia de la enzima galactosilceramidasa.

Dr. Herbert Schaumburg

Neurotoxicología . Peter Spencer, PhD, y Herbert Schaumburg, MD ., colaboraron para crear el campo de la neurotoxicología y literalmente escribieron el libro sobre ello: Neurotoxicología experimental y clínica . El Dr. Schaumburg era un experto en neuropatías periféricas, que a menudo son resultado de la neurotoxicidad. Las personas que usaban semillas de cícadas como alimento y/o medicina tradicional desarrollaron lo que llegó a conocerse como complejo ELA-Parkinsonismo-demencia.

Electrofisiología de neuronas individuales . En una época en la que cultivar y estudiar neuronas individuales era extremadamente difícil, Stanley Crain, PhD (que anteriormente había ayudado a desarrollar la bomba atómica como miembro del Proyecto Manhattan) fue el primer investigador en insertar un electrodo en una sola célula de mamífero en cultivo y registrar el potencial de membrana de la célula (es decir, las diferencias eléctricas entre el interior y el exterior de una célula que desencadenan la liberación de neurotransmisores). Más tarde estudió la adicción a los opioides y publicó hallazgos relacionados con los receptores opioides. Stephen Highstein, MD, PhD, aclaró la forma y la fisiología de las neuronas individuales en los cerebros de animales vivos utilizando registros intracelulares simultáneos e inyecciones de trazadores.

Otras áreas de investigación en neurociencia

Neurofisiología . Herbert Vaughan, MD, fue un actor importante en la comprensión de la función de la corteza cerebral. Él y su colega Joseph Arezzo, PhD , desarrollaron una matriz de múltiples electrodos para el mapeo electroencefalográfico detallado de los potenciales de campo eléctrico intracraneal en bebés prematuros, lo que arrojó importantes conocimientos sobre cómo funciona el cerebro.

Dra. Isabelle Rapin en 1975

Audición . La MD. Isabelle Rapin utilizó técnicas desarrolladas por el Dr. Vaughan para registrar respuestas auditivas evocadas como una forma de diagnosticar la pérdida auditiva en bebés con daño cerebral. La Dra. Rapin, que se centró en los trastornos de la comunicación, también fue pionera en la investigación del autismo, y avanzó la idea de que la afección era parte de un amplio espectro de trastornos. El MD Robert Ruben y el PhD Thomas Van De Water realizaron investigaciones sobre el desarrollo, la anatomía y la función del oído, basándose en parte en cócleas que el Dr. Van De Water hizo crecer en cultivo de tejidos.
Plasticidad sináptica . Los aspectos clave de la vida (cómo pensamos, sentimos, actuamos y aprendemos) dependen de la información transmitida entre neuronas a través de las sinapsis. El profesor emérito Donald Faber, PhD, catedrático de neurociencia de 2000 a 2013, estudió los factores que intervienen en la regulación de la fuerza de las conexiones sinápticas entre neuronas.
Regeneración nerviosa . La neurobióloga del desarrollo Pat Model, PhD, realizó estudios pioneros sobre la regeneración nerviosa en el ajolote mexicano, una salamandra que se utiliza a menudo en la investigación sobre regeneración. Centrándose en las células Mauthner del anfibio (un par de neuronas grandes en la médula), trasplantó las neuronas del cerebro de un animal a otro; luego utilizó la microscopía electrónica para determinar qué tan bien las células trasplantadas formaban conexiones sinápticas con sus nuevas vecinas.

Microscopía electrónica (EM) . Los científicos determinan la función de un gen eliminándolo y luego observando cómo su ausencia afecta a un animal. Durante los últimos 40 años, David Hall, PhD, ha utilizado EM para estudiar más de 100 genes relacionados con los nervios en el gusano redondo C. elegans, un modelo animal que puede sobrevivir virtualmente a cualquier eliminación de genes. Algunos de sus hallazgos más importantes se refieren a los genes que controlan la guía axonal (el proceso por el cual las neuronas envían axones a sus objetivos) y el transporte axonal (movimiento a través de la proteína motora de las mitocondrias y otras cargas moleculares de un extremo del axón al otro) por el Dr. Pappas, un pionero en el uso de EM por congelación-fractura, estudió anguilas eléctricas y otros peces, investigación que ayudó a revelar la estructura de las uniones en hendidura, así como la naturaleza dinámica de las conexiones sinápticas químicas y las vías extracelulares en el cerebro.

David Hall, PhD, y Scott Emmons, PhD

Conectoma . Con la ayuda de la extensa colección de micrografías electrónicas seriadas del Dr. Hall (el Atlas del gusano ) y de otros colegas de Einstein, el profesor emérito Scott Emmons, PhD , describió el primer diagrama de cableado completo del sistema nervioso de un animal, el gusano redondo C. elegans . Los hallazgos, publicados en 2019 en Nature, marcaron un hito importante en el campo de la "conectoma", el esfuerzo por mapear las innumerables conexiones neuronales en un cerebro, una región cerebral o un sistema nervioso más simple para encontrar las conexiones nerviosas específicas responsables de comportamientos particulares. Basándose principalmente en esos estudios, el Dr. Emmons fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 2024.

En la actualidad, una nueva generación de neurocientíficos de Einstein continúa con la destacada investigación por la que se conoce al departamento. Lea más sobre el cuerpo docente de Einstein en El Departamento de Neurociencia de Einstein cumple 50 años: construyendo sobre una tradición de excelencia .