Durante siglos, los científicos han observado que el cerebro organiza la información sensorial en mapas topográficos ordenados. La visión, el tacto y el oído dependen de patrones en los que neuronas vecinas responden a características adyacentes. Sin embargo, el olfato parecía violar este principio fundamental, según la Escuela de Medicina de Harvard.

Las neuronas sensoriales olfativas en la nariz del ratón se pensaba que seleccionaban aleatoriamente de un conjunto de aproximadamente 1.100 receptores olfativos potenciales. La única indicación de estructura era la existencia de "zonas" mal definidas y superpuestas en el epitelio nasal que limitaban modestamente la expresión de receptores.

Ahora, una nueva investigación ha derribado esta imagen de caos. Bajo la aparente aleatoriedad se esconde una cartografía oculta: cada receptor se expresa en una posición promedio única a lo largo del eje dorsoventral de la nariz, según el estudio publicado en Cell.

En este sentido, el mapa del epitelio olfativo es una cuadrícula de receptores altamente afinada y sistemática, similar a la cuadrícula de calles de una ciudad. El equipo de investigación generó el primer "mapa del olfato" de receptores olfativos en la nariz y descubrió que se agrupan en bandas horizontales estrechamente definidas por tipo. Las neuronas que expresan ciertos receptores forman franjas paralelas que van desde la parte superior hasta la inferior de la cavidad nasal.

Este mapa es generado por un programa genético que involucra aproximadamente 250 genes, incluyendo factores de transcripción, señalización de ácido retinoico y moléculas de guía, según el estudio.

Sandeep Robert Datta, del Instituto Blavatnik de la Escuela de Medicina de Harvard, dijo: "Nuestros resultados traen orden a un sistema que anteriormente se pensaba que carecía de orden, lo que cambia conceptualmente cómo pensamos que funciona esto".

Las neuronas sensoriales olfativas son guiadas por una brújula molecular, crucial para esta organización. Cada neurona recibe un programa compartido de expresión génica que determina su identidad dorsoventral. Este programa está controlado por un gradiente de señalización de ácido retinoico, que regula la expresión de factores de transcripción y moléculas de guía axonal.

El ácido retinoico actúa como un pincel en la mano del pintor, aplicándose en varias regiones dorsoventrales mientras confiere identidad posicional a neuronas individuales. Los investigadores demostraron que esta molécula, que regula la actividad génica, sirve como una señal espacial en el mapa olfativo.

Su gradiente a través de la nariz indica a cada neurona qué receptor usar según la ubicación. Cuando los investigadores variaron experimentalmente los niveles de ácido retinoico, el mapa de receptores se desplazó dorsoventralmente, como deslizar una regla a través de una página, según el estudio.

"Si bien el mapa del olfato es un descubrimiento emocionante por derecho propio", dijo Datta, "también proporciona información fundamental que podría ayudar a los científicos a desarrollar terapias para la pérdida del olfato, que actualmente faltan".

"No podemos arreglar el olfato sin entender cómo funciona a un nivel básico", agregó.

Imaginar intentar conducir en una ciudad con nombres de calles asignados aleatoriamente: uno se perdería. Un mapa olfativo garantiza que el cerebro pueda traducir el caos químico del entorno en sensaciones significativas: quizás dulzura del mango, agudeza en el humo, olor a tierra húmeda tras la lluvia.

Los investigadores utilizaron una combinación de secuenciación de células individuales y transcriptómica espacial para crear este mapa, analizando datos de casi 5,5 millones de neuronas de más de 300 ratones individuales. La secuenciación de células individuales identificó los receptores expresados en neuronas individuales, y la transcriptómica espacial determinó sus posiciones precisas.

Un mapa de receptores organiza las señales del olfato en la nariz, pero no es tan exacto como los mapas en la vista o el tacto. Los olores fuertes activan receptores dispersos, mientras que los olores más débiles típicamente desencadenan un conjunto menos difuso de receptores. Esta agrupación se basa en genes receptores duplicados que responden a olores similares, según el estudio.

La dispersión de estos genes, tanto en la evolución como en su posicionamiento cruzado entre tipos de receptores en la nariz, fortalece la resiliencia; si un área está dañada, otras aún pueden detectar olores comunes.

Los autores afirman: "Nuestros análisis no descartan la posibilidad de que características químicas de olores no consultadas aquí, u otras características de olores relacionadas con el significado o la valencia, estén organizadas espacialmente en el epitelio".

Los investigadores piensan que cuando las neuronas sensoriales olfativas responden a olores, envían señales que alientan a las células madre cercanas a crecer y producir nuevas neuronas. Estas señales pueden propagarse directamente u operar a través de células de soporte en la nariz.

"Debido a que los precursores individuales de neuronas sensoriales olfativas dan lugar a múltiples subtipos de estas neuronas", continúan los autores, "una predicción principal de nuestros resultados es que la experiencia de olores reclutará no solo neuronas sensoriales olfativas cuyos receptores responden a los olores experimentados, sino también neuronas con puntuaciones dorsoventrales similares".

El equipo ahora está preparado para explorar por qué estas franjas de receptores se alinean en esta orientación. Como tal, el equipo ahora está extendiendo su trabajo al tejido humano, examinando si un mapa olfativo comparable podría existir entre especies.

Este es ahora el tejido neural más secuenciado jamás estudiado, un océano de información genética. Esta escala fue vital para descifrar el código detrás de cómo el sistema organiza los olores. Ese conocimiento podría eventualmente conducir a terapias, desde tratamientos con células madre hasta interfaces cerebro-computadora que permitan la restauración de un sentido del olfato disminuido, algo que muchos ahora consideran una forma de pérdida sensorial, pero que otros investigadores señalan que es una puerta de entrada a la depresión misma, según la Escuela de Medicina de Harvard.

La investigación fue publicada en Cell.