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1.1: Fibras nerviosas y el Cuarteto Strang - Matemáticas


Deseamos confirmar, por ejemplo, la afirmación preliminar de que el álgebra matricial es un medio útil para organizar (enunciar y resolver) problemas multivariables. Estos últimos se expresan mediante dos cantidades:

  1. ( rho_ {i} ) la resistividad en ( Omega cm ) del citoplasma que llena la celda, y
  2. ( rho_ {m} ) la resistividad en ( Omega cm ^ {2} ) de la membrana lateral de la celda.

Aunque la corriente seguramente varía de un punto a otro a lo largo de la fibra, se espera que estas variaciones sean lo suficientemente regulares como para ser capturadas por un modelo de varios departamentos. Con eso queremos decir que elegimos un número (N ) y dividimos la fibra en (N ) segmentos cada uno de longitud ( frac {l} {N} ) Denotando un segmento resistencia axial

[R_ {i} = frac { rho_ {i} frac {l} {N}} { pi a ^ 2} nonumber ]

y resistencia de la membrana

[R_ {m} = frac { rho_ {m}} {2 pi a frac {l} {N}} nonumber ]

llegamos al modelo de circuito agrupado de la Figura 1. Para una fibra en cultivo, podemos suponer un potencial extracelular constante, por ejemplo, cero. Logramos esto conectando y conectando a tierra los nodos extracelulares, ver Figura 2.

La Figura 2 también incorpora el perturbación exógena, un estímulo de corriente entre el suelo y el extremo izquierdo de la fibra. Nuestro objetivo inmediato es calcular las corrientes resultantes a través de cada resistor y el potencial en cada uno de los nodos. Nuestro objetivo a largo plazo es proporcionar una metodología de modelado que se pueda utilizar en todas las disciplinas científicas y de ingeniería. Como ayuda para calcular las cantidades deseadas, les damos nombres. Con respecto a la figura 3, etiquetamos el vector de potenciales

[x = begin {pmatrix} {x_ {1}} & {x_ {2}} & {x_ {3}} & {x_ {4}} end {pmatrix} nonumber ]

[y = begin {pmatrix} {y_ {1}} & {y_ {2}} & {y_ {3}} & {y_ {4}} & {y_ {5}} & {y_ {6}} end {pmatrix} nonumber ]

También hemos asignado (arbitrariamente) direcciones a las corrientes como una ayuda gráfica en la aplicación consistente de las leyes básicas del circuito.

Incorporamos las leyes del circuito en una metodología de modelado que toma la forma de un Cuarteto Strang:

  • (S1) Exprese las caídas de voltaje a través de ( textbf {e} = - (A textbf {x}) )
  • (S2) Expreso Ley de Ohm vía ( textbf {y} = G textbf {e} )
  • (S3) Expreso Ley actual de Kirchhoff a través de (A ^ {T} textbf {y} = - textbf {f} )
  • (S4) Combine lo anterior en (A ^ {T} GA textbf {x} = textbf {f} )

La (A ) en (S1) es la matriz de adyacencia de borde de nodo - codifica la conectividad de la red. (G ) en (S2) es la matriz diagonal de conductancias de borde: codifica la física de la red. ( Textbf {f} ) en (S3) es el vector de fuentes actuales: codifica los estímulos de la red. La (A ^ {T} GA ) culminante en (S4) es la matriz simétrica cuya inversa, cuando se aplica a ( textbf {f} ), revela el vector de potenciales, ( textbf {x} ). Para hacer nuestras estas ideas debemos trabajar muchos, muchos ejemplos.

Ejemplo 1

Strang Quartet, Paso 1

Con respecto al circuito de la Figura 3, de acuerdo con el paso 1, expresamos las seis diferencias de potencial (siempre cola menos cabeza)

[e_ {1} = x_ {1} -x_ {2} nonumber ]

[e_ {2} = x_ {2} nonumber ]

[e_ {3} = x_ {2} -x_ {3} nonumber ]

[e_ {4} = x_ {3} nonumber ]

[e_ {5} = x_ {3} -x_ {4} nonumber ]

[e_ {6} = x_ {4} nonumber ]

Listas tan largas y tediosas claman por una representación matricial, a saber ( textbf {e} = - (A textbf {x}) ) donde

[A = begin {pmatrix} {-1} & {1} & {0} & {0} {0} & {- 1} & {0} & {0} {0} & { -1} & {1} & {0} {0} & {0} & {- 1} & {0} {0} & {0} & {- 1} & {1} { 0} & {0} & {0} & {- 1} end {pmatrix} nonumber ]

Cuarteto Strang, Paso 2

El paso 2, la ley de Ohm, establece:

La corriente a lo largo de un borde es igual a la caída de potencial a través del borde dividida por la resistencia del borde.

En nuestro caso,

[ begin {array} {ccccc} {y_ {j} = frac {e_ {j}} {R_ {i}},} & {j = 1, 3, 5} & {y} & {y_ { j} = frac {e_ {j}} {R_ {m}},} & {j = 2, 4, 6} nonumber end {array} ]

o, en notación matricial, ( textbf {y} = G textbf {e} ) donde

[A = begin {pmatrix} { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} & {0} & {0} { 0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {i}}} & {0} {0} & {0} & {0} & {0} & {0} & { frac {1} {R_ {m}}} end {pmatrix} nonumber ]

Cuarteto Strang, Paso 3

El paso 3, la ley actual de Kirchhoff, establece:

La suma de las corrientes en cada nodo debe ser cero.

En nuestro caso

[i_ {0} -y_ {1} = 0 nonumber ]

[y_ {1} -y_ {2} -y_ {3} = 0 nonumber ]

[y_ {3} -y_ {4} -y_ {5} = 0 nonumber ]

[y_ {5} -y_ {6} = 0 nonumber ]

o, en términos de matriz

[B textbf {⁢y} = - textbf {f} nonumber ]

donde

[ begin {array} {ccc} {B = begin {pmatrix} {-1} & {0} & {0} & {0} & {0} & {0} {1} & {- 1} & {- 1} & {0} & {0} & {0} {0} & {0} & {1} & {- 1} & {- 1} & {0} {0 } & {0} & {0} & {0} & {1} & {- 1} end {pmatrix}} & {and} & {f = begin {pmatrix} {i_ {0}} {0} {0} {0} end {pmatrix}} nonumber end {array} ]

Cuarteto Strang, Paso 4

Mirando hacia atrás en A

[A = begin {pmatrix} {-1} & {1} & {0} & {0} {0} & {- 1} & {0} & {0} {0} & { -1} & {1} & {0} {0} & {0} & {- 1} & {0} {0} & {0} & {- 1} & {1} { 0} & {0} & {0} & {- 1} end {pmatrix} nonumber ]

reconocemos en B el transponer de A

  • (S1) ( textbf {e} = - (A textbf {x}) )
  • (S2) ( textbf {y} = G textbf {⁢e} )
  • (S3) (A ^ {T} ⁢ textbf {y} = - textbf {f} )

Al sustituir los dos primeros por el tercero llegamos, de acuerdo con (S4), a

(A ^ {T} GA textbf {x} = textbf {f} )

Este es un sistema de cuatro ecuaciones para los 4 potenciales desconocidos, (x_ {1} ) a (x_ {4} ) Como usted sabe, la ecuación del sistema puede tener 1, 0 o infinitas soluciones, dependiendo en ( textbf {f} ) y (A ^ {T} GA ) Dedicaremos (FIX ME CNXN TO CAPITULO 3 Y 4) a desentrañar la oración anterior. Por ahora, cruzamos los dedos y 'resolvemos' invocando el programa Matlab

Figura 5.

Este programa es un poco más ambicioso que el anterior, ya que nos permite especificar el número de compartimentos y que, en lugar de arrojar los valores xey, los traza en función de la distancia a lo largo de la fibra. Observamos que, como era de esperar, todo disminuye con la distancia desde la fuente y que la corriente axial es significativamente mayor que la corriente de la membrana o de fuga.

Ejemplo 2

Hemos visto en el ejemplo anterior cómo una fuente de corriente puede producir una diferencia de potencial a través de la membrana de una célula. Observamos que, incluso en ausencia de estímulos eléctricos, siempre existe una diferencia de potencial entre el interior y el exterior de una célula viva. De hecho, esta diferencia es la definición del biólogo de "vivir". La vida se mantiene por el hecho de que el interior de la célula es rico en iones de potasio, (K ^ {+} ) y pobre en iones de sodio, (Na ^ {+} ) mientras que en el medio exterior es todo lo contrario . Estas diferencias de concentración engendran diferencias de potencial bajo el disfraz de los potenciales de Nernst:

Potenciales Nernst

[ begin {array} {ccc} {E_ {Na} = frac {RT} {F} log frac {[Na] _ {o}} {[Na] _ {i}}} & {y } & {E_ {K} = frac {RT} {F} log frac {[K] _ {o}} {[K] _ {i}}} nonumber end {array} ]

donde R es la constante del gas, T es la temperatura y F es la constante de Faraday. Asociadas con estos potenciales están las resistencias de membrana

[ begin {array} {ccc} { rho_ {m, Na}} & {y} & { rho_ {m, K}} nonumber end {array} ]

que juntos producen el ( rho_ {m} ) arribavía

[ frac {1} { rho_ {m}} = frac {1} { rho_ {m, Na}} + frac {1} { rho_ {m, K}} nonumber ]

y producir el potencial de descanso antes mencionado

[E_ {m} = rho_ {m} ( frac {E_ {Na}} { rho_ {m, Na}} + frac {E_ {K}} { rho_ {m, K}} nonumber ]

Con respecto a nuestro modelo de circuito anterior, cada compartimento ahora tiene una batería en serie con su resistencia de membrana, como se muestra en la Figura 6.

Revisando el paso (S1-4) observamos que en (S1) las caídas de voltaje pares son ahora

[e_ {2} = x_ {2} -E_ {m} nonumber ]

[e_ {4} = x_ {3} -E_ {m} nonumber ]

[e_ {6} = x_ {4} -E_ {m} nonumber ]

Acomodamos tales cosas generalizando (S1) a:

  • (S1 ') Exprese las caídas de voltaje como (e = textbf {b} -A⁢ textbf {x} ) donde ( textbf {b} ) es el vector de las baterías.

No son necesarios cambios para (S2) y (S3). El paso final ahora dice:

  • (S4 ') Combina (S1'), (S2) y (S3) para producir (A ^ {T} GA textbf {x} = A ^ {T} G textbf {b} textbf {f} )

Volviendo a la Figura 6, observamos que

[ begin {array} {ccc} { textbf {b} = - begin {pmatrix} E_ {m} begin {pmatrix} {0} {1} {0} {1} {0} {1} end {pmatrix} end {pmatrix}} & {y} & {A ^ {T} G textbf {b} = frac {E_ {m}} {R_ { m}} begin {pmatrix} {0} {1} {1} {1} end {pmatrix}} nonumber end {array} ]

Esto requiere solo cambios menores en nuestro código anterior. Los resultados de su uso se indican en las siguientes dos figuras.


La creación de escalas musicales, parte I

La atención se centrará en las leyes acústicas detrás de las escalas musicales y en cómo los números y las matemáticas juegan un papel en la creación de los intervalos en la octava. ¿Qué factores tienen importancia para crear una escala musical? ¿Por qué la división de la octava es básicamente común en diferentes tradiciones musicales y qué las hace diferentes? ¿Por qué la escala pitagórica griega antigua es básicamente idéntica a la escala china antigua? ¿Qué causa que la escala musical occidental moderna, el temperamento igual, sea "desarmoniosa" en comparación con las escalas orientales?

La música ha jugado a menudo un papel importante en la configuración de una cultura. Algunos dicen que la música es el poder oculto en una cultura. En las sociedades antiguas se consideraba un asunto público serio, una base para la cultura. La escala musical en sí y la correcta afinación de los intervalos pueden marcar la diferencia en cuanto al caos o al orden. También asegura que los humanos estén de acuerdo con la influencia terrenal y celestial.

Los aspectos más metafísicos de la música y el sonido y su influencia en el nivel de la conciencia y la curación se pueden estudiar en mi segunda parte, The Musical Octave II, donde mezclaré diferentes niveles y categorías en un panorama más amplio.

En esta tesis realizaré un análisis de cuatro tradiciones musicales diferentes y sus escalas básicas:

Al observar los muchos sistemas de afinación en todo el mundo, un factor común es sobresaliente, la octava. La palabra deriva del latín y significa & lsquoeighth & rsquo. Es el octavo paso en la escala diatónica que consta de 7 tonos, que contiene 5 tonos completos y 2 semitonos. El octavo tono de la escala diatónica, que es el más común en el mundo, completa la octava en un tono que en frecuencia es el doble del tono fundamental.

Esta unidad universal, que divide el reino del sonido por el factor 2, se puede subdividir de tres formas básicas:

1) Por una progresión geométrica, con cualquier número de intervalos iguales, como el modo occidental común, el temperamento igual con 12 semitonos y otros números.
Una progresión geométrica es una secuencia en la que cada término (después del primero) se determina multiplicando el término anterior por una constante. Esta constante se llama razón común de la progresión aritmética. La secuencia de octavas es una progresión geométrica, al igual que la sección áurea.

2) Por proporciones con ratios de números bajos, p. Ej. Entonación justa con sus tríadas de tercios mayores, o por otras relaciones armónicas con la tónica (música modal), p. Ej. Pentatónico o Septónico (por ejemplo, música india).
Los sistemas de proporciones se utilizan en la música modal, p. Ej. la media armónica y la media aritmética en la división de una octava.

3) Generando quintas, p. Ej. Afinación pitagórica o la escala china.
También hay híbridos, como los temperamentos de tono medio.

Los hábitos de audición

La razón por la que hay tantas formas diferentes de dividir la octava y mostrar tal rango de escalas se puede encontrar en el hecho de que no existe una fórmula que se ajuste perfectamente a la octava. Las diferentes proporciones expresadas en números están interrelacionadas entre sí, por lo que no es posible un divisor común en una octava, a menos que algunas notas o teclas suenen discordantes.
Diferentes tradiciones musicales abrazan este cisma dependiendo de lo que consideren más adecuado para su expresión musical. La cultura en la que ha surgido la escala musical es un reflejo profundo de esa cultura en particular.

La tradición de la música oriental considera los intervalos afinados de mucha más importancia que la occidental, que prefiere los primeros acordes armoniosos en cualquier tono. En consecuencia, hay intervalos que se perciben como consonantes en Occidente, pero se consideran disonantes en Oriente.

Todo se reduce a los hábitos. Una escala musical está profundamente arraigada. Da forma a la forma en que uno escucha los tonos en sucesión en un patrón fijo. Tiene que haber al menos tres elementos para definir un modo, al igual que se necesitan tres notas para definir un acorde.

En los sistemas cíclicos moduladores, donde todo sonido es móvil, es necesario repetir el & lsquocuerpo de armonía & rsquo (tónica, quinta o cuarta y octava) para establecer el significado o el estado de ánimo de la nota, pero en el sistema modal una sola nota. , al cambiar su lugar, puede producir el efecto de un acorde.
El marco modal, al estar fijo y firmemente establecido en la memoria del oyente, no necesita repetir acordes constantemente como en la música armónica, para expresar la relación numérica.
Esa forma de intervalos arraigados se desafina más o menos cuando los cambios de tono o transposición mueven las frecuencias hacia arriba o hacia abajo. Es la forma en que surgen las notas enarmónicas. Aumentar el tono en un semitono no es lo mismo que disminuirlo en un semitono. Son dos notas distintas.

Expresadas gráficamente, las frecuencias y las relaciones rsquo se comportan exponencialmente, en una curva no lineal, (que se muestra, por ejemplo, mediante el espaciado logarítmico de los trastes en el mástil de la guitarra), por lo que se produce una discrepancia moviendo el marco hacia arriba o hacia abajo. Esta discrepancia se expresa en las diferentes & lsquocommas & rsquo, como la coma pitagórica o la coma sintónica más pequeña (la coma de Didymos).

La noción de armonía también es diferente. En Occidente, la percepción de la armonía es & lsquovertical & rsquo, es decir, como acordes tocados a la vez. La tradición oriental de armonía es & lsquohorizontal & rsquo. Cada tono se toca con cuidado y, con el paso del tiempo, la atención se acumula en la memoria para formar acordes armoniosos.


Anomalía de la microestructura en el nervio óptico de ratas diabéticas tipo 1 revelada por un estudio de imágenes con tensor de difusión

La retinopatía diabética (RD) es una de las principales complicaciones de la diabetes mellitus tipo 1 (DM1) y una de las principales causas de ceguera. La evidencia de estudios en animales ha demostrado que no es solo una lesión microvasucular del ojo, sino también una enfermedad de neurodegeneración del sistema visual. Sin embargo, la evidencia de imágenes in vivo de degeneración axonal en el nervio óptico diabético es escasa. Se ha demostrado que la técnica de imagen por tensor de difusión (DTI) es una herramienta eficaz para rastrear la integridad de las fibras nerviosas en el sistema nervioso central. En este estudio, la diabetes tipo 1 se indujo mediante la inyección intraperitoneal de una dosis única de estreptozotocina (STZ) en ratas Sprague-Dawley. Se llevó a cabo DTI combinado con evaluaciones histológicas en el nervio óptico para aclarar las alteraciones microestructurales subyacentes a los cambios en los índices de DTI a las 4 semanas (4 semanas), 8 semanas (8 semanas) y 12 semanas (12 semanas) después de la inducción de STZ. Los cambios retinianos se analizaron mediante evaluaciones patológicas a las 4 semanas (4 semanas) y 12 semanas (12 semanas) después de la inducción de STZ. Los resultados de DTI mostraron una difusividad media (DM) y difusividad axial (Da) significativamente disminuidas en el nervio óptico diabético en comparación con los controles a las 12 semanas. La atrofia en los nervios diabéticos fue monitoreada por T de alta resolución2-imágenes ponderadas. La degeneración axonal sin pérdida de mielina del nervio óptico se confirmó mediante examen histológico. Además, existen correlaciones positivas entre la disminución de las difusividades (MD y Da) en el nervio óptico y la reducción del área axolémica total. Las ratas diabéticas mostraron intensa actividad glial desde las 4 wy adelgazamiento del grosor en la capa plexiforme interna y la capa de fibras nerviosas a las 12 w en la retina. En conclusión, DTI podría monitorear in vivo la progresión de la degeneración del nervio óptico en la diabetes y los hallazgos de nuestro estudio ayudarían a proporcionar protección axonal para la RD en la práctica preclínica.

Palabras clave: Degeneración axonal Diabetes Imagen con tensor de difusión Anomalía de la microestructura Nervio óptico.

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Declaracion de conflicto de interes

Declaración de competencia de intereses Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.


Los científicos descubren un método para reparar potencialmente el daño a los nervios

El daño a los nervios por enfermedades neurodegenerativas y lesiones de la médula espinal se ha considerado en gran medida irreversible, pero los investigadores de Dartmouth informan avances en el esfuerzo por sintetizar productos naturales raros que promueven la regeneración y el crecimiento de las células nerviosas dañadas.

Los hallazgos aparecen en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense.

Se han investigado las neurotrofinas, o proteínas que promueven el desarrollo de neuronas, como agentes terapéuticos potenciales, pero tienen una variedad de inconvenientes. Sin embargo, un grupo de productos naturales de moléculas pequeñas posee potentes propiedades neurotróficas sin algunas de las deficiencias de los agentes a base de proteínas. Desafortunadamente, aún no se ha identificado una fuente de cantidades adecuadas de estas sustancias para permitir una exploración médica exhaustiva. Como tal, el desarrollo de procesos sintéticos para generar moléculas de esta clase (y análogos no naturales relacionados) es de vital importancia para establecer una ciencia capaz de impulsar el descubrimiento de agentes terapéuticos dentro de la clase. Dicho esto, muchos miembros de esta clase de productos naturales cuentan con estructuras carbocíclicas muy complejas que se han presentado como desafíos sustanciales para la química sintética moderna.

Ahora, los investigadores de Dartmouth han descubierto que una de sus reacciones químicas descubiertas recientemente es capaz de producir algunos de los miembros más potentes y raros de esta clase de productos naturales. Sus actividades dieron como resultado la preparación de laboratorio de tres productos naturales neurotróficos de la clase y demostraron la primera aplicación de su nueva reacción de formación de carbociclo en la síntesis de productos naturales. Además de estos logros, el estudio de los investigadores también condujo al descubrimiento de un nuevo proceso de reacción en cascada de radicales que resultó ser fundamental para completar sus síntesis de laboratorio de estos agentes complejos.

"Los avances de esta naturaleza son de importancia crítica para definir una base científica necesaria para promover productos naturales raros como agentes terapéuticos", dice el coautor e investigador principal Glenn Micalizio, profesor de química de New Hampshire en Dartmouth College. "En pocas palabras, sin un medio sintético para acceder a tales agentes, el desarrollo de terapias basadas en su estructura no sería posible. Mientras que otras síntesis de productos naturales dentro de esta clase han sido reportadas recientemente por otros, nuestro logro actual define una vía de síntesis única que podría emplearse para preparar análogos sintéticos a los que otros no pueden acceder fácilmente. Además, esto marca la primera aplicación exitosa de nuestro método químico para la síntesis de hidrindano en el contexto de la síntesis de productos naturales ".


Potenciales extracelulares de una sola fibra nerviosa mielinizada en un conductor de volumen ilimitado

Se estudiaron los potenciales extracelulares de una sola fibra nerviosa mielinizada en un conductor de volumen ilimitado. La distribución espacial del potencial transmembrana se obtuvo integrando el sistema de ecuaciones diferenciales parciales que caracterizan los procesos eléctricos en la fibra nerviosa mielinizada activa. La distribución espacial de los potenciales extracelulares a varias distancias radiales en el conductor de volumen se calculó utilizando el modelo de fuente de línea. Hasta una cierta distancia radial (500 micrones) la discontinuidad de la propagación del potencial de acción se refleja en los potenciales extracelulares, mientras que más adelante en el conductor de volumen los potenciales son suaves. Se estudió el efecto del diámetro de la fibra y la distancia internodal sobre los potenciales conductores de volumen, así como los cambios en la magnitud del potencial extracelular (en el dominio del tiempo) entre dos nodos adyacentes a varias distancias radiales. La disminución radial de la amplitud pico a pico del potencial extracelular depende de la coordenada radial r del punto de campo y aumenta con el aumento de r.


Fibras nerviosas de la piel implicadas en la iniciación de neurofibromas en pacientes con desfiguración de NF1

Rensselaer, NY - (20 de mayo de 2019) Un estudio publicado hoy en MÁS UNO descubrió el origen de masas de células que desfiguran gravemente, llamadas neurofibromas, que se desarrollan gradualmente en toda la piel de los pacientes afectados de Neurofibromatosis 1 (NF1). El descubrimiento consistió en microlesiones que contenían pequeños grupos patológicos de fibras nerviosas y células de Schwann asociadas que proliferan para formar la mayor parte de los neurofibromas desfigurantes.

La neurofibromatosis 1 (NF1) afecta a aproximadamente 1 de cada 3000 personas en todo el mundo y es un trastorno genético dominante causado por una mutación en solo uno de los dos genes NF1 (1). Aunque los neurofibromas en la piel pueden desfigurar gravemente, rara vez se vuelven cancerosos. Por lo tanto, antes del estudio de hoy, la investigación se centró en los neurofibromas como misteriosos tumores benignos que pueden ocurrir simultáneamente en múltiples sitios donde la proliferación aberrante de células de Schwann comienza de forma independiente. Por lo general, los tumores benignos solo ocurren en una ubicación y no aparecen en múltiples ubicaciones, como los tumores malignos que hacen metástasis desde una ubicación.

Este estudio se inició a través de una donación de una sola familia de $ 400,000 proporcionada a la Fundación del Hospital de San Pedro en Albany, Nueva York. Si bien nadie en el norte del estado de Nueva York estaba estudiando el campo de la NF1, la Fundación recurrió al neurólogo James Wymer, MD PhD, anteriormente afiliado al Saint Peters Hospital, y al neurocientífico Frank Rice, PhD, especialista en investigación del dolor crónico y presidente de Integrated Tissue Dynamics. LLC en Rensselaer, Nueva York.

"En lugar de un enfoque típico relacionado con el cáncer que se centró en los neurofibromas como tumores benignos, tomamos una táctica diferente de investigar por qué los pacientes con NF1 también sufren de dolor crónico y picazón, incluso en áreas de la piel sin neurofibromas. Estos síntomas habían recibido poca atención ", dijo el investigador principal, el Dr. Rice. "Para nuestra sorpresa, descubrimos que las terminales de las fibras nerviosas en la piel eran en realidad una fuente previamente desconocida de los neurofibromas. Este descubrimiento proporciona información sobre estrategias completamente nuevas para detener su desarrollo".

Al comienzo del estudio, se tomaron biopsias de piel de apariencia normal y libre de neurofibromas de 19 pacientes con NF1 y piel de 16 sujetos normales. Las biopsias de 17 de los 19 pacientes con NF1 tenían microlesiones previamente no detectadas que consisten en grupos pequeños y densos de fibras nerviosas y sus células de Schwann asociadas. Es importante destacar que las microlesiones solo se ubicaron alrededor de las estructuras de la piel donde normalmente terminan las fibras nerviosas, como los folículos pilosos, las glándulas sudoríparas y los vasos sanguíneos. Estas microlesiones no se encontraron en las biopsias de los sujetos normales.

Luego, el estudio se expandió para investigar neurofibromas reales, que fueron recolectados y donados por la Children's Tumor Foundation en la ciudad de Nueva York. Utilizando ensayos de inmunofluorescencia desarrollados por Integrated Tissue Dynamics y combinados con análisis de expresión génica desarrollados por Sage Bionetworks en Seattle, esta investigación confirmó que los neurofibromas de hecho crecieron a partir de las microlesiones. Los neurofibromas en maduración estaban densamente empaquetados con fibras nerviosas además de las células de Schwann en proliferación sospechosas previamente conocidas.

Con el conocimiento de las microlesiones en pacientes humanos con NF1, se encontraron microlesiones similares en ratones que tenían una mutación modificada genéticamente equivalente solo en las células de Schwann, lo que provocó que algunas de ellas proliferaran y formaran neurofibromas. Estos ratones fueron desarrollados previamente por Nancy Ratner, PhD, Líder del Programa para el Programa de Biología del Cáncer y Tumores Neurales en Cincinnati Children's.

"Por lo tanto, parece que las células de Schwann ubicadas cerca de las terminaciones de las fibras nerviosas son particularmente susceptibles a proliferar después de las mutaciones de Nf1", dijo el Dr. Ratner. Esto indica que las fibras nerviosas y las células de Schwann interactúan mutuamente durante el crecimiento inicial y la expansión de los neurofibromas. "Es emocionante que ahora tengamos un modelo para probar terapias que podrían prevenir la formación o agrandamiento de tumores, ayudando a los pacientes con neurofibromatosis".

El equipo de investigadores identificó señales moleculares específicas, que involucran factores tróficos relacionados con los nervios llamados neurturina y artemina, en las microlesiones y neurofibromas. Estas características moleculares recién descubiertas podrían tener como objetivo suprimir el desarrollo de neurofibromas. Al matar dos pájaros de un tiro, las fibras nerviosas también tenían propiedades bioquímicas asociadas con el dolor crónico y la picazón.

"Con base en estos resultados, creemos que la identificación de una lesión preclínica podría permitir el desarrollo de terapias para eliminar neurofibromas o detener el desarrollo de otros nuevos", dijo el Dr. Wymer, ahora profesor de neurología en la Universidad de Florida. . "Esto trae esperanza a miles de pacientes con NF1 donde la desfiguración causada por estos neurofibromas generalmente comienza en la adolescencia".

La desfiguración de numerosos neurofibromas es un aspecto psicológico dominante en la vida de los pacientes con NF1. Pamela Knight, directora del programa clínico de la Children's Tumor Foundation, dijo que actualmente no existe un tratamiento médico para los neurofibromas. Se pueden extirpar quirúrgicamente, pero esto puede dejar cicatrices y los neurofibromas pueden volver a crecer.

"Los niños con NF1 tienden a comenzar a desarrollar neurofibromas cutáneos durante la adolescencia. Antes de que esto suceda, sus padres a menudo se preocupan por lo mucho que se verá afectado su hijo", dijo Knight.

La NF1 generalmente se identifica temprano en la infancia por manchas de color marrón claro en la piel, llamadas máculas caf & # 233 au lait. Si bien los neurofibromas son a menudo la encarnación física más obvia de esta afección, la NF1 también puede provocar ceguera, anomalías óseas, cáncer (alrededor del 10-15% de los casos) (2), problemas de aprendizaje y dolor incapacitante (3).

Vincent M. Riccardi, MD, director del Instituto de Neurofibromatosis, que ha trabajado en el campo de la NF desde 1972 y ha pasado su vida estudiando neurofibromas, dijo que un estudio que se centró en los orígenes del dolor causado por los neurofibromas se necesitaba desde hace mucho tiempo.

"Para algunos pacientes con NF1, el dolor se convierte en el aspecto dominante de sus vidas", dijo Riccardi. "Desde mi punto de vista, el descubrimiento de un componente de fibra nerviosa en el origen y desarrollo de los neurofibromas en este estudio es un cambio de juego".

Alrededor de 2,5 millones de personas en todo el mundo tienen neurofibromatosis (3), una enfermedad genética, aunque solo la mitad de los casos iniciales de NF1 en una familia (o un tercio de todos los casos) se pueden relacionar con un padre, por lo que la NF1 también puede ocurrir espontáneamente sin herencia previa (4) La neurofibromatosis es más prevalente que todos los casos de fibrosis quística, distrofia muscular de Duchenne y enfermedad de Huntington combinados (5).

El equipo de investigación finalmente incluyó a médicos y científicos de todo el país afiliados a la Universidad de Florida (Dr. James Wymer), UCLA (Dr. Vincent Riccardi), Medical College of South Carolina (Dr. Steven Carroll), Sage Bionetworks (Drs. Sara Gosline, Justin Guinney), la Children's Tumor Foundation (Dr. Salvo La Rosa) y el Hospital de Niños de la Universidad de Cincinnati (Drs. Jianqiang Wu, Nancy Ratner, Michael Jankowski). El Dr. Rice y el co-investigador Dr. Phillip Albrecht son los cofundadores de Integrated Tissue Dynamics y están afiliados a la División de Ciencias de la Salud de la Universidad Estatal de Nueva York en Albany.

Integrated Tissue Dynamics, LLC, es una firma de investigación científica básica y clínica que realiza trabajos de consultoría y contratos para empresas biofarmacéuticas y colaboradores académicos, además de mantener una línea de investigación interna. El equipo científico ha publicado previamente descubrimientos pioneros que demuestran que los queratinocitos de la epidermis de la piel tienen funciones de las células nerviosas y que las patologías que involucran a los queratinocitos y las fibras nerviosas de los vasos sanguíneos son fuentes de dolor crónico en pacientes que padecen neuropatía diabética dolorosa, neuropatía posherpética (culebrilla), vulvodinia, fibromialgia y otras aflicciones de dolor crónico.

Información del contacto:

Frank L. Rice, Doctor en Filosofía
Presidente, director ejecutivo y científico jefe
Integrated Tissue Dynamics, LLC
7 University Place, Suite B236
Rensselaer, NY 12144
[email protected]
http: // www. INTiDYN. com

Simon Vukelj
Director de Marketing
Fundación de tumores para niños
120 Wall Street, piso 16
Nueva York, NY 10005
[email protected]
http: // www. ctf. org

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Exploración microfluorimétrica de fibras nerviosas simpáticas: cuantificación de la fluorescencia neuronal y extraneuronal con la ayuda del análisis de histograma

Se utilizó un procedimiento de barrido microfluorimétrico bidimensional de alta resolución (0,5 micrómetros) para cuantificar la fluorescencia de la noradrenalina inducida por formaldehído en el iris de la rata. La exploración de grandes áreas (50 x 50 micrómetros) en el músculo dilatador inervado simpático reveló una superposición entre las mediciones de las fibras nerviosas y del fondo (músculo liso). Para discriminar entre ambas poblaciones, los datos de escaneo se convirtieron en histogramas de fluorescencia (256 clases de fluorescencia y se sometieron a análisis matemático. Las características del histograma de fondo se obtuvieron a partir de escaneos de preparaciones de iris desprovistas de fibras nerviosas fluorescentes (pretratamiento del donante). rata con reserpina o denervación simpática). Se aplicó un programa de ajuste de curvas en aquellas clases de fluorescencia en el histograma de iris normal que representan mediciones sobre fondo puro y dieron como resultado un histograma de fondo completo. Después de restar este histograma de fondo del histograma original, se Se obtuvo un histograma de fibras nerviosas. La validez del algoritmo se evaluó mediante el escaneo de preparaciones de iris con diferentes intensidades de fondo. Los resultados mostraron que la cuantificación de la fluorescencia de las fibras nerviosas era independiente de la variación en el fondo.


Cambios en la relación entre el grosor de la mielina y el diámetro del axón en el nervio sural en desarrollo humano

El calibre del axón y el grosor de la vaina de mielina de las fibras nerviosas individuales se evaluaron en el nervio sural humano en desarrollo utilizando tres métodos diferentes de medición: 1. evaluación micrométrica ocular de fibras grandes, 2. ampliaciones fotográficas para evaluar un gran número de fibras nerviosas de todos los tamaños, y 3. Ampliaciones microscópicas electrónicas para mediciones más precisas en nervios seleccionados. El diámetro axonal promedio se duplica desde los 5 meses de gestación hasta aproximadamente los 5 años de edad. Los axones de los grupos de fibras grandes aumentan, durante el mismo período, en un factor de 3 a 3,5, con una ligera disminución a partir de entonces. El grosor de la mielina aumenta más lentamente, pero de forma continua, entre los 5 meses de gestación y los 14 años de edad. Este desarrollo asincrónico de axones y vainas de mielina da como resultado un cambio estadísticamente significativo de la relación entre el calibre axonal y el grosor de la mielina. La pendiente de la línea de regresión es más pronunciada en los individuos de mayor edad que en los más jóvenes, y el coeficiente de correlación aumenta durante el desarrollo del nervio.


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The images of Einstein's brain are published in Falk, Lepore & Noe: 2012, The cerebral cortex of Albert Einstein: a description and preliminary analysis of unpublished photographs, Brain (doi #doi:10.1093/brain/aws295) and are reproduced here with permission from the National Museum of Health and Medicine, Silver Spring, MD.

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Cutaneous Innervation of the Palmar Aspect of the Hand

The median and ulnar nerves carry cutaneous sensory fibers for the skin of the palmar side of the hand. The distribution of cutaneous nerves on the dorsum varies according to authors of anatomy textbooks and atlases. Gray's Anatomy, Moore's Clinically Oriented Anatomy, Grant's Atlas of Anatomy, and Netter's Atlas cite variations of cutaneous nerve distribution on the dorsum of the hand. Description of the cutaneous distribution on the palmar side of the hand does not vary between these different sources. The median nerve supplies the palmar side of fingers 1–3 and the lateral side of finger 4, while the ulnar nerve supplies the palmar side of finger 5 and medial side of finger 4. This project examined the palmar cutaneous distribution of both left and right hands in a group of cadavers and did not discover any variations from the typical description. Future studies will explore cutaneous distribution on the dorsum of the hand.

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