Cuatro avances que cambiarán el estudio del cerebro y sus enfermedades

La revista Science, como cada fin de año, ha destacado los diez descubrimientos más importantes de 2013. La lista aparece el número del 20 de diciembre de la revista. De ellos, cuatro están relacionados con el cerebro.

El cuarto lugar del Top Ten de Science lo ocupa el método ideado por investigadores de la Universidad de Stanford liderados por Karl Deisseroth para hacer transparente el cerebro. “Llamado CLARITY, hace que el tejido cerebral se vuelva transparente como un cristal. El método sustituye  los lípidos que forman parte de las membranas celulares por un gel transparente pero preserva las neuronas y otras células cerebrales, así como los orgánulos de su interior”. El equipo de Deisseroth logró transparentar un cerebro de ratón entero, para así poder observar mejor su interior, utilizando diversas técnicas de tinción que marcan selectivamente tipos celulares, neurotransmisores o proteínas.

CLARITY: Una técnica que hace mas fácil observar el cerebro haciéndolo transparente para luego “teñir” estructuras concretas.

El trabajo, publicado el pasado mes de abril en la revista “Nature”, abre una nueva ventana al estudio del cerebro. A diferencia de otros intentos anteriores, que hacían al tejido cerebral demasiado frágil para trabajar con él, CLARITY confiere la suficiente robustez al cerebro para infiltrarle repetidamente con los marcadores específicos. Según algunos investigadores, señala Science, este destacable avance podría acelerar hasta cien veces tareas como contar todas las neuronas una región concreta del cerebro y podría incluso ser más informativa que los técnicas de imagen de tejido cerebral postmortem. De momento, la técnica está limitada a una pequeña porción de tejido: sólo “clarificar” el cerebro de 4 milímetros de diámetro de un ratón lleva nueve días. Pero el paso está dado.

Karl Deisseroth es también uno de los “padres” de otra técnica que los neurocientíficos utilizan con mucha frecuencia: la optogenética, que permite activar y desactivar neuronas mediante luz láser. Posiblemente, sus trabajos le hagan merecedor del Nobel en un futuro no muy lejano.

Miniórganos de laboratorio.

En quinta posición se encuentran los miniórganos creados en el laboratorio, incluido un minicerebro, además de riñones e hígados diminutos, obtenidos a partir de células de la piel. El trabajo que detallaba la obtención de un “organoide cerebral” del tamaño de un guisante se publicó también en “Nature” el pasado mes de agosto. Lo llevó a cabo un equipo de investigadores liderados por el austriaco Juergen Knoblich. “Tales órganos humanos miniaturizados podrían ser modelos mucho mejores que los animales para el estudio de las enfermedades humanas”.

Imagen ampliada de un minicerebro en el que se observa la retina en desarrollo (más oscuro). En el recuadro, la asombrosa similitud minicerebro del laboratorio (derecha) y el de un ratón en desarrollo (izquierda)

La técnica ya se empleó con éxito para estudiar un trastorno del desarrollo, la microcefalia, que impide que el cerebro alcance un tamaño adecuado, y lograron además corregirlo in vitro reemplazando el gen defectuoso. Y es que estos diminutos cerebros desarrollan todas las capas del cerebro de un feto en desarrollo. Se obtienen a partir de células madre pluripotenciales inducidas (iPSCs), obtenidas a partir de células de la piel. Estas células “pueden llegar a formar modelos interesantes para estudiar mecanismos fisiológicos humanos y enfermedades. Asimismo, se han utilizado para estudiar el mecanismo de acción de nuevos fármacos y para determinar su eficacia y falta de peligrosidad. Lo que no es usual, entre otras cosas por el fracaso al intentarlo, es construir un órgano determinado a partir de unas pocas células en cultivo. Y mucho menos usual, que ese órgano fuese el cerebro”, explicaba a ABC Juan A. de Carlos investigador del Instituto Cajal (CSIC) y experto en desarrollo del telencéfalo.

Lavado de cerebro nocturno

Otro de los avances destacados por Science es el descubrimiento de que mientras dormimos el cerebro aprovecha para hacer una limpieza nocturna a fondo. Las células cerebrales parecen encogerse para aumentar en un 60% el espacio libre para que fluya el líquido cefalorraquídeo, encargado de las labores de limpieza en el cerebro. Un auténtico lavado de cerebro nocturno, para estar frescos al día siguiente.

El trabajo, llevado a cabo con ratones y publicado en “Science” en octubre pasado, muestra que,  diferencia de lo que ocurre en algunas grandes ciudades, donde el camión de la basura circula en hora punta, en el cerebro las tareas de limpieza son incompatibles con un buen procesamiento de la información durante el día. Así lo explicaba Maiken Nedergaard, que lideró la investigación: «El cerebro dispone de energía limitada y parece que tiene que elegir entre dos estados funcionales: despierto y consciente o dormido y realizando tareas de limpieza». Además una cuestión fundamental de la biología: ¿Por qué dormimos? Según el trabajo, esta limpieza estaría entre los motivos fundamentales de que cada noche caigamos en brazos de Morfeo.

Flora intestinal

Tres millones diferentes de genes se expresan en nuestro interior. Forman parte del genoma de nuestra flora intestinal o microbiota. Frente a ellos, los aproximadamente 20.000 genes de la especie humana son una nadería. No es de extrañar que nuestros inquilinos invisibles se estén haciendo notar cada vez más. Parecen tener bastante “peso” en el desarrollo de patologías como la diabetes o las enfermedades autoinmunes o en nuestra facilidad para acumular kilos de más. Influyen mediante los metabolitos que producen en nuestro estado de ánimo y la ansiedad que experimentamos. Y al parecer pueden también modificar nuestro comportamiento.

 

Las últimas investigaciones, como la publicada en la revista Cell este mismo mes, apuntan en esa dirección: En los trastornos del desarrollo neurológico, incluyendo los del espectro autista (TEA), hay subgrupos de individuos que presentan una variedad de anomalías de trastornos gastrointestinales (GI). Modelos de ratón para el estudio de los TEA señalan alteraciones de la barrera gastrointestinal y la microbiota en la activación inmune materna. El tratamiento oral de la descendencia de estas madres con Bacteroides fragilis, comensales humanos, corrige la permeabilidad intestinal, altera la composición microbiana, y mejora los defectos de comunicación y comportamientos ansiosos así como las estereotipias sensoriomotoras en modelo de ratón.

Estas crías tienen perfil metabolómico sérico alterado y B. fragilis modula los niveles de varios metabolitos. Esta investigación apoya una conexión entre el cerebro y el intestino a través del microbioma al menos en modelos de ratón lo que abre la puerta a una potencial terapia probiótica para corregir síntomas conductuales en los trastornos del neurodesarrollo humanos.

¿Qué papel juega la flora intestinal en la salud del cerebro?  Así respondía a esta pregunta en septiembre pasado Ana Frank, jefe de sección de Neurología y  coordinadora de la Unidad de Trastornos Cognitivos y del Comportamiento del Hospital Universitario la Paz

«Hasta ahora la investigación la hemos centrado demasiado en el cerebro, como órgano aislado, y no hemos investigado la influencia de otros órganos, como el tubo digestivo y el sistema endocrino», explica la doctora Ana Frank. Cada vez se investiga más la composición de la microbiota intestinal, el conjunto de bacterias que habitan en nuestro sistema digestivo, y su relación con diversas enfermedades, desde metabólicas hasta mentales, señalas esta experta. «Varias teorías apuntan a una relación estrecha entre el tubo digestivo y el cerebro. Incluso el desarrollo de esa microbiota durante al infancia puede determinar la composición de receptores de diferentes neurotransmisores en el cerebro en maduración  y la respuesta inmunológica frente a patógenos». Una relación que comienza en los primeros años de vida pero podría incluso condicionar la forma en que el cerebro responde en la vejez.

Información procedente de: http://abcblogs.abc.es