Dra. Helen Schwerdt
Translated by Gabriela Rasch
Profesora Asistente Universidad de Pittsburgh
Becario Postdoctoral MIT
PhD en Ingeniería Eléctrica Universidad Estatal de Arizona
Desde una edad temprana, la Dra. Helen Schwerdt se sintió fascinada por la idea de que nuestro cerebro constituye la base de quiénes somos como individuos. Sin embargo, Helen sentía que no tenía las habilidades adecuadas para estudiar el cerebro; se sentía más cómoda en una clase de ingeniería informática que en una de psicología. No obstante, finalmente encontró la manera de combinar sus fortalezas académicas en informática e ingeniería con su amor por el cerebro y su complejidad. Hoy en día, Helen es Profesora Asistente de Bioingeniería en la Universidad de Pittsburgh, donde su laboratorio desarrolla y aplica nuevas herramientas para estudiar la señalización neuroquímica en el aprendizaje y las enfermedades.
Durante sus estudios de pregrado en la Universidad Johns Hopkins, Helen estudiaba ingeniería biomédica con la intención de ir a la escuela de medicina. Pero una conversación con una amiga cambió por completo el rumbo de su vida. Su amiga trabajaba en un laboratorio de neurociencia como parte de un programa de investigación para estudiantes de pregrado en Harvard. Helen escuchó con gran interés mientras su amiga describía cerebros dispuestos en placas y cómo intentaba comprender las conexiones neuronales dentro de ellos. Inspirada, Helen solicitó trabajar en un laboratorio de Johns Hopkins que desarrollaba interfaces inalámbricas para registrar la actividad neuronal. La experiencia no solo le mostró lo divertido que podía ser investigar, sino que también le dio una idea de cómo la ingeniería y la neurociencia podrían entrelazarse.
Enamorada de la investigación y sin interés ya en la escuela de medicina, Helen decidió realizar un doctorado en ingeniería eléctrica en la Universidad Estatal de Arizona. Aunque seguía interesada en la neurociencia, quería aprender más fundamentos de ingeniería que pudiera aplicar al cerebro en el futuro. Se interesó específicamente en la microfabricación: el proceso de crear objetos en el rango de micrómetros a milímetros. Para su proyecto de tesis, Helen construyó un pequeño dispositivo para medir la actividad neuronal. El dispositivo no solo era inalámbrico, sino que además carecía por completo de una fuente de energía. Esto fue posible gracias al proceso pasivo de “retrodispersión” (backscattering), que resultaba de enviar señales de microondas irradiadas para combinarse con las señales neuronales en el chip receptor. El hecho de que no hubiera cables reducía la probabilidad de infección, y la ausencia de calor generado por una fuente de energía limitaba el daño al tejido neuronal circundante. Tras construir este dispositivo, Helen pudo demostrar su funcionamiento registrando señales neuronales del nervio ciático de una rana. Esta tecnología no se limita a los registros; hoy en día muchos laboratorios utilizan con frecuencia un dispositivo similar para estimular la actividad neuronal. Aunque Helen encontró su experiencia de posgrado muy gratificante, al llegar al final supo que quería acercarse más a la biología. Su deseo era diseñar herramientas que algún día pudieran usarse en un entorno clínico para ayudar a los pacientes.
Con este objetivo en mente, Helen decidió realizar su trabajo posdoctoral como parte de un proyecto colaborativo entre los doctores Michael Cima, Ann Graybiel y Robert Langer en el MIT. El laboratorio de Graybiel trabajaba con monos, y Helen sabía que la investigación con primates era un paso crucial hacia la creación de herramientas que pudieran tener un uso futuro en humanos. La colaboración se centraba en dos objetivos principales: diseñar herramientas que administraran fármacos en regiones precisas del cerebro y medir neuroquímicos en estructuras cerebrales profundas. El papel de Helen se encontraba en la parte de detección neuroquímica de este proyecto. Su objetivo era medir la liberación de dopamina en el cerebro del mono en tiempo real durante la conducta, lo que permitiría iluminar aún más el papel de este neurotransmisor en la función cerebral. Comenzó fabricando y probando dispositivos en ratas antes de pasar a los monos, y se sintió frustrada cuando los dispositivos no parecían funcionar. Finalmente, Helen se dio cuenta de que había demasiada reacción inflamatoria al implantar el dispositivo, lo que impedía medir correctamente la dopamina. Fue en este punto donde su experiencia en microfabricación resultó particularmente útil, y logró desarrollar un dispositivo mucho más pequeño que evitaba el problema de la inflamación. Tras utilizarlo con éxito en ratas, Helen finalmente pudo adaptarlo para su uso en monos.
El dispositivo que creó Helen se basa en la voltametría cíclica de escaneo rápido (fast scan cyclic voltammetry). Esto convierte los neuroquímicos en señales eléctricas mediante una reacción de reducción-oxidación, o “redox”. Por ejemplo, cuando se aplican ciertos voltajes a la dopamina, la dopamina se oxida o se reduce, generando una corriente eléctrica (el “potencial redox” de la dopamina). Es importante destacar que la cantidad de voltaje necesaria para generar este potencial redox es diferente para cada neurotransmisor. Así, en teoría, este dispositivo podría usarse para medir y diferenciar múltiples moléculas electroactivas, lo que permitiría profundizar en la comprensión de cómo interactúan varios sistemas de neurotransmisores durante el comportamiento en vivo. Esto es precisamente en lo que Helen está trabajando actualmente en su propio laboratorio.
Mientras buscaba un lugar para establecer el Schwerdt Lab, Helen sabía que quería encontrar un sitio con el mismo espíritu colaborativo que había experimentado en el laboratorio de Graybiel. Después de todo, el cerebro es tan complejo que resolver sus múltiples misterios requiere un trabajo interdisciplinario. Finalmente, Helen se sintió atraída por la Universidad de Pittsburgh. No solo Pitt contaba con una comunidad de neurociencia amplia y acogedora, sino que también disponía de un importante centro de investigación con primates no humanos, con el cual Helen estaba entusiasmada por colaborar.
En su laboratorio, Helen continúa perfeccionando la herramienta que desarrolló durante su postdoctorado. Su objetivo es optimizarla para distinguir de manera más eficiente entre diferentes neuroquímicos. Principalmente trabaja con estas herramientas en el contexto del estudio del proceso neuronal del aprendizaje, el cual requiere la integración de información de múltiples regiones cerebrales. Con sus dispositivos, Helen espera algún día poder medir varios neurotransmisores en distintas regiones del cerebro de manera simultánea. Luego combinaría estos datos con registros de la actividad neuronal para comprender mejor las bases de la plasticidad neuronal en relación con el aprendizaje. Adicionalmente, su amplia experiencia trabajando con dopamina ha despertado en ella un interés en la enfermedad de Parkinson, conocida por ser causada por la degeneración de las neuronas productoras de dopamina. Helen planea utilizar sus herramientas en un modelo de mono con Parkinson para comprender mejor cómo la pérdida de dopamina afecta otros aspectos de la señalización cerebral.
Al mirar atrás en su trayectoria, Helen valora el apoyo que recibió de sus mentores y ahora está aprendiendo a ser una fuente de apoyo similar para sus propios estudiantes. Recordando algunos de los frustrantes fracasos experimentales que enfrentó, desea poder sentarse con sus alumnos cuando se encuentren con problemas parecidos y asegurarse de que tengan los recursos necesarios para superar estos obstáculos. Sin duda, sus estudiantes encontrarán inspiración en Helen y en la innovación que ha demostrado, no solo en las herramientas pioneras que ha creado hasta ahora, sino también en la emocionante carrera interdisciplinaria que ha sabido forjar para sí misma.
