Estudio mediante modelado y simulación de la relación entre la excitabilidad en neuronas y el nivel de expresión de sus canales iónicos

Abstract

[ES] En este trabajo se han desarrollado diferentes códigos software en MATLAB para realizar un estudio sobre la excitabilidad de las neuronas y averiguar cómo afecta la expresión de sus canales iónicos en esta. El modelo computacional que se ha empleado simula el comportamiento de las neuronas DRG mediante la aplicación de sistemas de ecuaciones, pudiendo variar los parámetros iniciales de forma que se puedan simular distintos escenarios. Dos de los códigos realizados reproducen el comportamiento de la neurona cuando se le administran varios estímulos externos cortos, al contrario que el tercero que se basa en la aplicación de un estímulo largo. En ambos casos se trata de conseguir calcular, mientras se modifica la expresión de sus canales, la intensidad de estímulo mínima que se necesita para excitar la neurona, es decir, para disparar los potenciales de acción con una determinada duración de estímulo. De esta manera, se han obtenido las curvas de excitabilidad según el nivel de expresión de sus canales iónicos. Con todo esto se ha llegado a la conclusión de que los canales iónicos que tienen una influencia superior a la hora de disparar el potencial de acción, la expresión de los cuales podría generar un cambio también mayor en la excitabilidad de la neurona, son los canales de N aV 1.7, KV 1.1 y KV 1.2, donde se debería aumentar la expresión del de N a+ y disminuir la de los de K+. Además, con este software también se ha realizado un estudio de la autoexcitabilidad de este tipo de neuronas, donde se ha comprobado que dependiendo del valor de la conductancia de la famila de canales N aV 1.6, no será necesario la administración de un estímulo externo para excitar la neurona. Como se ha comprobado, esto ocurre cuando el valor de esta es superior a 2.2 mS/cm2 ante la expresión normal de estos canales.

[CA] En aquest treball s’han desenvolupat diferents codis de software en MATLAB per a realitzar un estudi sobre l’excitabilitat de les neurones i esbrinar com afecta l’expressió dels seus canals iònics en aquesta. El model computacional que s’ha emprat simula el comportament de les neurones DRG mitjançant l’aplicació de sistemes d’equacions, podent variar els paràmetres inicials de manera que es puguen simular diferents escenaris. Dos dels codis realitzats reprodueixen el comportament de la neurona quan se li administren diversos estímuls externs curts, al contrari que el tercer que es basa en l’aplicació d’un estímul llarg. En tots dos casos es tracta d’aconseguir calcular, mentre es modifica l’expressió dels seus canals, la intensitat d’estímul mínima que es necessita per a excitar la neurona, és a dir, per a disparar els potencials d’acció amb una determinada duració d’estímul. D’aquesta manera, s’han obtingut les corbes d’excitabilitat segons el nivell d’expressió dels seus canals iònics. Amb tot això, s’ha arribat a la conclusió que els canals iònics que tenen una influència superior a l’hora de disparar el potencial d’acció, l’expressió dels quals podria generar un canvi també major en l’excitabilitat de la neurona, són els canals de N aV 1.7, KV 1.1 i KV 1.2, on s’hauria d’augmentar l’expressió del de N a+ i disminuir la dels de K+. A més, amb aquest software també s’ha realitzat un estudi de l’autoexcitabilitat d’aquest tipus de neurones, on s’ha comprovat que depenent del valor de la conductància de la famila de canals N aV 1.6, no serà necessari l’administració d’un estímul extern per a excitar la neurona. Com s’ha comprovat, això ocorre quan el valor d’aquesta és superior a 2.2 ms/cm2 davant l’expressió normal d’aquests canals.

[EN] In this work, different software codes have been developed in MATLAB to carry out a study on the excitability of neurons and find out how it affects the expression of their ion channels. The computational model that has been used simulates the behavior of DRG neurons through the application of equation systems, being able to vary the initial parameters so that different scenarios can be simulated. Two of the codes created reproduce the behavior of the neuron when several short external stimuli are administered, unlike the third, which is based on the application of a long stimulus. In both cases, the aim is to calculate, while modifying the expression of its channels, the minimum stimulus intensity that is needed to excite the neuron, that is, to trigger action potentials with a certain stimulus duration. In this way, the excitability curves have been obtained according to the expression level of their ion channels. With all this, it has been concluded that the ion channels that have a greater influence when triggering the action potential, the expression of which could generate a greater change in the excitability of the neuron, are the channels of N aV 1.7, KV 1.1 and KV 1.2, where the expression of N a+ should be increased and the expression of K+ should be decreased. Furthermore, with this software, a study of the self-excitability of this type of neurons has also been carried out, in which it has been verified that depending on the value of the conductance of the family of N aV 1.6 channels, the administration of an external stimulus will not be necessary to excite the neuron. As has been proven, this occurs when its value is higher than 2.2 mS/cm2 with the normal expression of these channels.