Característica
La historia del Departamento de Neurociencia de Einstein
20 de agosto de 2024
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.
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, Ph.D., 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 muchísima suerte. Y este lugar sigue siendo fantástico gracias al profesorado 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. MD
Cualquier artículo sobre el 50.º aniversario del departamento de neurociencia de Einstein debe comenzar con el Dr. Dominick Purpura. Fue el presidente fundador del departamento, que ahora lleva su nombre, y posteriormente fue decano de Einstein desde 1984 hasta 2006. Sobre todo, fue un brillante neurocientífico. Bajo su dirección, el Centro Rose F. Kennedy y el departamento de neurociencia de Einstein alcanzaron fama mundial por la investigación interdisciplinaria en las ciencias del cerebro.
Dr. Dominick P. Purpura, MD, en 1976
“Dom era el Sr. Neurociencia, uno de los primeros neurocientíficos con credencial del mundo, y él creó este lugar”, dice el Dr. Walkley. “Su conocimiento de la neurociencia era enciclopédico y le interesaba todo”.
Tras una década como profesor de la Facultad de Médicos y Cirujanos de la Universidad de Columbia, el Dr. Purpura se incorporó a Einstein en 1967 como profesor y catedrático 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, 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 diversas áreas de la neurociencia, incluyendo los mecanismos de la epilepsia, el origen de las ondas cerebrales, el desarrollo cerebral fetal y, quizás el más notable, sus descubrimientos sobre neuronas cerebrales estructuralmente anormales en las discapacidades del desarrollo intelectual (DDI). Sus estudios de un modelo animal de la rara enfermedad de Tay Sachs (DDI) y del tejido cerebral de personas afectadas revelaron que la pérdida o la forma anormal de las espinas dendríticas de las neuronas cerebrales (pequeñas protuberancias que contactan con los axones de las neuronas vecinas) es un sello distintivo de la mayoría de las DDI y de los problemas del desarrollo cognitivo, como los trastornos del espectro autista.
Michael VL Bennett, PhD
El PhD Michael Bennett, quien sucedió al Dr. Purpura como director del departamento, también merece un reconocimiento especial. El Dr. Bennett se ganó un prestigio internacional por su investigación sobre las sinapsis: los puntos por donde los impulsos nerviosos pasan de una neurona a otra. Demostró que las sinapsis no son solo 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 comunicantes).
Michael Bennett, PhD
“El laboratorio de Mike, y todo el departamento cuando asumió la dirección, era el principal centro internacional de electrofisiología de uniones en hendidura”, afirmó el profesor David Spray, PhD, quien llegó a Einstein en 1973 para realizar un 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 estas uniones 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 el cerebro de los mamíferos; en estos últimos, son especialmente importantes para sincronizar la activación de las interneuronas inhibidoras, implicadas en todas las funciones superiores, como el aprendizaje, la cognición y la planificación.
Junto con el Dr. George Pappas, miembro fundador del departamento, el laboratorio de Bennett descubrió la estructura de las uniones hendidas mediante el estudio de peces como la anguila eléctrica, que dependen de la rápida transmisión nerviosa, facilitada por sinapsis eléctricas, para escapar rápidamente. Mediante estudios posteriores con colegas y estudiantes, el Dr. Bennett contribuyó al descubrimiento de la biología celular y molecular de las uniones hendidas.
Uniones comunicantes y conexinas . La "brecha" entre neuronas está unida 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, quien a menudo colaboró con el Dr. Bennett, estudió el papel de las proteínas conexinas en la formación y regulación de los canales de unión comunicante; 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 la memoria. Los doctores Zukin y Bennett identificaron los mecanismos moleculares mediante los cuales las proteínas quinasas controlan la función de los receptores NMDA y estudiaron cómo estos se desplazan o "circulan" dentro de las neuronas.
Investigación en neuropatología
Robert Terry, MD, catedrático de patología de Einstein desde 1969, colaboró estrechamente con Saul R. Korey, MD, catedrático fundador de neurología de Einstein, para crear un grupo de neuropatología reconocido internacionalmente. «El cuarto piso del Centro Kennedy albergaba al mejor grupo de neuropatología del mundo», afirmó el Dr. Walkley. «Durante décadas, todos los que se formaban en neuropatología trabajaban 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 Dr. Robert Katzman, MD, fue colega del Dr. Terry en muchos de esos estudios sobre el Alzheimer. "Los dos Bobs", como se les llamaba, realizaron estudios clínicos y patológicos en pacientes de edad avanzada en Einstein que habían mostrado signos de demencia y concluyeron que la mayoría padecía 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 le atribuye la redefinición de la enfermedad de Alzheimer como un problema de salud importante.
Peter Davies, Ph.D., un neuroquímico reclutado por Einstein por el Dr. Terry, se convirtió en uno de los investigadores de Alzheimer más destacados del mundo. En una carta de 1976 publicada en The Lancet, describió el análisis de las cortezas cerebrales de pacientes de Alzheimer recientemente fallecidos y el hallazgo de un déficit grave en la colina acetiltransferasa (la enzima necesaria para sintetizar el neurotransmisor acetilcolina) y la acetilcolinesterasa (la enzima que descompone la acetilcolina). Esto condujo al descubrimiento seminal de que los cerebros de Alzheimer eran deficientes en 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 (FDA) para tratar el Alzheimer.
El Dr. Davies se vio posteriormente involucrado en la controversia —aún sin resolver— sobre qué causa más el Alzheimer: la proteína beta-amiloide o los ovillos de proteína tau. Firme defensor de la tau, 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, Ph.D., realizó una investigación innovadora sobre 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 para la EM de uso común. A través de extensos estudios de microscopía electrónica en modelos animales de EM, el profesor emérito Cedric Raine, Ph.D., D.Sc., y sus colegas demostraron que la EM implica la destrucción de la vaina de mielina de las neuronas por parte del sistema inmunitario. 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 lesiones cerebrales de EM. Ella y sus colegas neuroquímicos William Norton, Ph.D., y Wendy Cammer, Ph.D., 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 almacenamiento 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 la degradación de material celular). Las enzimas lisosomales mutadas permiten la acumulación de material tóxico en las neuronas y otras células, lo que compromete su función y causa discapacidad intelectual grave y acorta la esperanza de vida.
La investigación del Dr. Walkley sobre las LSD aclaró el desarrollo de muchas enfermedades lisosomales y condujo al desarrollo de terapias para dos de ellas. En un artículo de 1994 publicado en PNAS sobre un modelo felino de alfa-manosidosis por LSD, él y sus colegas informaron que un trasplante de médula ósea funciona como terapia de reemplazo enzimático, un hallazgo que ha permitido realizar trasplantes de médula ósea que han salvado la vida de varios niños con este trastorno poco común, causado por una deficiencia de la enzima alfa-D-manosidasa. Posteriormente, su laboratorio desarrolló dos fármacos, miglustat e hidroxipropil β-ciclodextrina, que ralentizaron la progresión de otro trastorno lisosomal, la enfermedad de Niemann-Pick tipo C.
Los Suzuki —la neuropatóloga Kinuko Suzuki, MD, y su esposo, el neuroquímico Kunihiko Suzuki, MD realizaron 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.
Herbert Schaumburg, MD
Neurotoxicología . El Dr. Peter Spencer y el Dr. Herbert Schaumburg colaboraron para crear el campo de la neurotoxicología y escribieron el libro sobre ella: Neurotoxicología Experimental y Clínica . El Dr. Schaumburg era un experto en neuropatías periféricas, que a menudo resultan de la neurotoxicidad. Quienes usaban semillas de cícadas como alimento o medicina tradicional desarrollaron lo que se conoció como el 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 (quien 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). Posteriormente estudió la adicción a los opioides y publicó hallazgos sobre los receptores opioides. Stephen Highstein, MD, PhD, aclaró la forma y la fisiología de neuronas individuales en cerebros de animales vivos mediante registros intracelulares simultáneos e inyecciones de trazadores.
Otras áreas de investigación en neurociencia
Neurofisiología. Herbert Vaughan, M.D., was a major player in understanding the function of the brain’s cerebral cortex. He and colleague Joseph Arezzo, Ph.D., developed a multielectrode array for detailed electroencephalogram mapping of intracranial electrical field potentials in premature infants, yielding important insights into how the brain functions.
MD. Isabelle Rapin, en 1975
Audición . La Dra. Isabelle Rapin empleó técnicas desarrolladas por el Dr. Vaughan para registrar las respuestas auditivas evocadas como método para diagnosticar la pérdida auditiva en bebés con daño cerebral. La Dra. Rapin, quien se centró en los trastornos de la comunicación, también fue pionera en la investigación del autismo, al proponer la idea de que esta condición formaba parte de un amplio espectro de trastornos. El Dr. Robert Ruben y el Dr. 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 cultivó en cultivos de tejidos.
Plasticidad sináptica . 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, Ph.D., catedrático de neurociencia de 2000 a 2013, estudió los factores que regulan la fuerza de las conexiones sinápticas entre neuronas.
Regeneración nerviosa . La neurobióloga del desarrollo , Dra. Pat Model, realizó estudios pioneros sobre la regeneración nerviosa en el ajolote mexicano, una salamandra frecuentemente utilizada en la investigación sobre regeneración. Centrándose en las células de Mauthner del anfibio (un par de neuronas grandes en el bulbo raquídeo), trasplantó las neuronas del cerebro de un animal a otro; posteriormente, utilizó microscopía electrónica para determinar la eficacia de las conexiones sinápticas de las células trasplantadas 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 de congelación-fractura, estudió anguilas eléctricas y otros peces, investigación que ayudó a revelar la estructura de las uniones comunicantes, 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 completo del cableado 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 "conectómica", 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.
Hoy, una nueva generación de neurocientíficos de Einstein continúa la destacada investigación que ha distinguido al departamento. Lea más sobre el profesorado de Einstein en El Departamento de Neurociencia de Einstein cumple 50 años: Construyendo una tradición de excelencia .
