Los científicos del Instituto de Investigación Virginia Tech Carilion han resuelto un misterio cerebral de 125 años y, en el proceso, descubrieron un posible tratamiento para la epilepsia adquirida.
Desde 1893, los científicos han sabido sobre estructuras enigmáticas llamadas redes perineuronales envueltas alrededor de las neuronas, pero la función de las redes seguía siendo esquiva.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Harald Sontheimer, director del Centro VTCRI de Biología Glial en Salud, Enfermedades y Cáncer y director ejecutivo de la Facultad de Neurociencia, parte de la Facultad de Ciencias de Virginia Tech, ha determinadolas redes modulan los impulsos eléctricos en el cerebro. Además, las convulsiones cerebrales pueden ocurrir si las redes se disuelven.
El descubrimiento, publicado hoy viernes 9 de noviembre en Comunicaciones de la naturaleza , tiene implicaciones en varias formas de epilepsia adquirida, un tipo de trastorno convulsivo que resulta de lesiones cerebrales causadas por trauma, infección o tumores en el cerebro.
"Comenzamos investigando la epilepsia asociada a tumores, y accidentalmente aprendimos algo más importante sobre cómo funciona el cerebro en la enfermedad y en la salud", dijo Sontheimer.
Los investigadores inicialmente hicieron su hallazgo en un modelo de epilepsia en ratones causada por el mortal cáncer cerebral conocido como glioblastoma, cuyo primer síntoma es a menudo una convulsión.
El glioblastoma es el único cáncer cuyo crecimiento está restringido por el espacio. Dado que el cráneo impide que el cáncer se expanda hacia afuera, el tumor produce un neurotransmisor químico excitador llamado glutamato en cantidades excesivas que mata las células sanas vecinas para dejar espacio para crecer.
Los investigadores vieron que el glutamato ataca a las células cerebrales que producen un neurotransmisor químico diferente llamado "GABA", que generalmente calma a las neuronas al inhibirlas de disparar impulsos eléctricos una vez que se transmiten los mensajes. Sin GABA, el cerebro se excita demasiado y puede captar.
Además del glutamato, el tumor también secreta una enzima destinada a destruir la matriz extracelular circundante, una sustancia similar a un gel que mantiene las células cerebrales en su lugar. Los glioblastomas son muy malignos y notoriamente invasivos: la enzima es el cuchillo que corta elel cáncer ata y deja que migre libremente.
"Inesperadamente, también vimos la enzima atacando las redes perineuronales", dijo Sontheimer, señalando que las redes se encuentran principalmente envueltas alrededor de las neuronas inhibidoras secretoras de GABA, que ayudan a prevenir las convulsiones ". Fue una sorpresa ver este efecto espectadorde la actividad convulsiva una vez que las neuronas fueron despojadas de sus redes "
El neurobiólogo italiano Camillo Golgi fue el primero en identificar redes perineuronales en 1893, pero no entendió su función. Golgi llamó a las redes "corsés" y dijo que lo más probable es que impidieran la mensajería entre las neuronas.
Por el contrario, Sontheimer descubrió que las redes permitían la mensajería. Las neuronas cubiertas por redes perineuronales tienen una capacidad de membrana reducida o capacidad para almacenar carga eléctrica, lo que significa que pueden disparar un impulso y recargar hasta el doble de rápido que las neuronas sin red.
Cuando las neuronas inhibidoras pierden repentinamente sus redes perineuronales, los resultados pueden ser catastróficos. Los investigadores aplicaron la enzima a cerebros sin tumores y vieron que, por sí sola, la degradación enzimática de las redes perineuronales era suficiente para inducir convulsiones, incluso cuandolas neuronas quedaron intactas
"Sin las redes perineuronales, las neuronas inhibidoras se dispararían muy lentamente y, por lo tanto, la inhibición se vuelve muy pequeña, demasiado tarde, y se producirá una convulsión, incluso en cerebros sanos", dijo Sontheimer, señalando que la enzima puede devorar una red perineuronalen menos de 30 minutos. "Nadie pensó que estas estructuras tendrían un efecto tan profundo sobre cómo operan los procesos normales".
Ahora, los investigadores están estudiando cómo las redes perineuronales podrían desempeñar un papel en otras formas de epilepsia adquirida, que pueden resultar de una lesión en la cabeza o una infección cerebral. Tal aclaración podría llevar a los investigadores a descubrir posibles soluciones farmacológicas.
"Es importante destacar que el hallazgo de que la alteración inducida por el tumor en las redes perineuronales contribuye a la neurotransmisión inhibitoria desequilibrada sugiere un nuevo objetivo para la intervención terapéutica para controlar las convulsiones asociadas al tumor", dijo H. Steve White, profesor y presidente del Departamento de Farmaciaen la Facultad de Farmacia de la Universidad de Washington en Seattle, Washington.
White, un reconocido experto en epilepsia e investigación sobre el desarrollo de fármacos anticonvulsivos, no participó en el estudio de Sontheimer.
"Aunque se necesitan estudios adicionales, es probable que los hallazgos informados por el Dr. Sontheimer y su equipo sean aplicables a otras formas de epilepsia adquirida donde la lesión cerebral se asocia con una mayor respuesta inflamatoria", dijo White, señalando que las implicacionespara el tratamiento y la prevención de la epilepsia son particularmente sorprendentes, ya que las terapias actuales tienen como objetivo controlar las convulsiones ". Si bien el control de los síntomas de la enfermedad es significativo, los resultados de este estudio sugieren un posible camino hacia la modificación del desarrollo y la progresión de la epilepsia, lo que disminuiríala carga general para el paciente "
Según la Organización Mundial de la Salud, más de 50 millones de personas en todo el mundo tienen epilepsia. Alrededor de un tercio de esas personas no responden a los tratamientos antiepilépticos actuales.
"Si confirmamos nuestra hipótesis de que las redes perineuronales digeridas son responsables de otras formas de epilepsia adquirida, entonces un tratamiento potencial podría ser un inhibidor enzimático", dijo Sontheimer.
Señaló que uno de esos inhibidores ya está aprobado por la FDA para otros usos, pero también advirtió que hay una gran cantidad de investigación para realizar antes de que se confirme su hipótesis.
"Necesitamos nuevos enfoques para tratar la epilepsia. Creo que esta podría ser una forma efectiva de controlar las convulsiones", dijo Sontheimer. "¡Y resolvimos un misterio de neurociencia de 125 años! ¡De esto se trata la ciencia básica!"manteniendo una mente abierta y observadora para responder preguntas antiguas y nuevas "
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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