El cerebro es un órgano voraz. Un cerebro humano adulto de tres libras consume aproximadamente una quinta parte de la energía del cuerpo, sin embargo, no puede almacenar energía por sí solo y requiere una alimentación constante del sistema cardiovascular. Las necesidades de energía del órgano fluctúan mucho dependiendo deactividad neuronal, y se debe administrar suficiente sangre al lugar correcto en el momento preciso para garantizar una función cerebral saludable.
Para satisfacer estas demandas siempre cambiantes, un proceso conocido como acoplamiento neurovascular aumenta rápidamente el flujo sanguíneo a áreas de actividad neural elevada. Este proceso se ve afectado en condiciones como la hipertensión, la diabetes y la enfermedad de Alzheimer, y también sirve como base para la obtención de imágenestecnologías como fMRI, que utiliza el flujo sanguíneo como una lectura para la actividad cerebral.
A pesar de su importancia, no estaba claro cómo se comunican el cerebro y los vasos sanguíneos para permitir el acoplamiento neurovascular. Ahora, en un estudio publicado en Naturaleza el 19 de febrero, los neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard informan del descubrimiento de un mecanismo de control en el cerebro de los ratones que asegura un flujo sanguíneo adecuado a las áreas de actividad neuronal intensificada de manera rápida y precisa.
Sus experimentos revelan que las arterias en el cerebro regulan activamente el acoplamiento neurovascular en respuesta a la actividad neuronal, y que la proteína Mfsd2a, previamente implicada como un regulador clave de la barrera protectora hematoencefálica, es crítica para este proceso. Los hallazgos arrojan luzsobre mecanismos que permiten nuevas vías de estudio sobre el papel del acoplamiento neurovascular en enfermedades neurológicas.
"Ahora tenemos un control firme sobre los mecanismos involucrados en el acoplamiento neurovascular, incluidos sus componentes moleculares, celulares y subcelulares, que nunca hemos tenido antes", dijo el autor principal del estudio Chenghua Gu, profesor de neurobiología en el Instituto Blavatnik enHMS y un académico de la facultad del Instituto Médico Howard Hughes.
"Esto nos coloca en una posición para diseccionar este proceso y determinar, por ejemplo, si las alteraciones del acoplamiento neurovascular que vemos en enfermedades como el Alzheimer son el resultado de una patología o la causa", dijo Gu.
cosquillas bigotes
En estudios anteriores, Gu y sus colegas demostraron que la integridad protectora de la barrera hematoencefálica está garantizada por la proteína Mfsd2a, que suprime la formación de caveolas, pequeñas burbujas de lípidos que contienen moléculas de señalización, de los capilares en el cerebro de los ratones..
Para su sorpresa, descubrieron que las arterias, que transportan sangre rica en nutrientes desde los pulmones y representan alrededor del cinco por ciento de los vasos sanguíneos en el cerebro, tenían las características opuestas como capilares. Las arterias carecían de Mfsd2a y exhibían grandes cantidades de caveolas..
En el estudio actual, el equipo investigó esta observación. Encabezados por los primeros coautores Brian Chow y Vicente Núñez, becarios de investigación del HMS en neurobiología, los investigadores estimularon los bigotes de ratones despiertos y sanos y, simultáneamente, tomaron imágenes en vivo del cerebro de los animalesactividad usando una técnica poderosa conocida como microscopía de 2 fotones.
En respuesta a la estimulación del bigote, los ratones normales mostraron una mayor actividad neuronal, diámetro arterial y flujo sanguíneo en el área sensorial correspondiente del cerebro. Sin embargo, los ratones genéticamente modificados para carecer de caveolae tenían la misma actividad neuronal pero redujeron significativamente el flujo sanguíneo y la dilatación arterial, indicando déficits en el acoplamiento neurovascular.
El equipo bloqueó específicamente las células endoteliales que forman el revestimiento de las arterias para que no formen caveolas, al obligar a estas células a expresar el Mfsd2a normalmente ausente. Esto nuevamente resultó en alteraciones significativas del acoplamiento neurovascular, lo que demuestra la importancia de las caveolas en las arterias.
Experimentos adicionales demostraron el papel único de las células endoteliales arteriales. Anteriormente se sabía que la actividad neuronal relaja las células del músculo liso que rodean las arterias, lo que conduce a la dilatación de los vasos sanguíneos y al aumento del flujo sanguíneo. En contraste, los resultados del estudio actual revelaronun mecanismo diferente en el que las caveolas en las células endoteliales arteriales permiten el acoplamiento neurovascular al transmitir la señal para relajarse desde las neuronas a las células del músculo liso.
"Durante más de un siglo, hemos sabido que este fenómeno existe, donde la actividad neuronal aumenta rápidamente el flujo sanguíneo de una manera muy local y temporalmente precisa", dijo Chow. "Pero los mecanismos de cómo el sistema nervioso habla con el sistema vascularEl sistema para coordinar este evento era en gran medida desconocido, y fue extremadamente sorprendente encontrar que las células endoteliales arteriales juegan un papel tan activo en el proceso ".
consumo de precisión
El equipo también descubrió que las caveolas funcionaban independientemente de la señalización de óxido nítrico, una importante vía sistémica que regula la dilatación de los vasos sanguíneos, famosa por medicamentos como la nitroglicerina para la insuficiencia cardíaca o el sildenafil Viagra para la disfunción eréctil.
Cuando se bloquearon las señales de caveolas y óxido nítrico, el equipo vio una ausencia total de acoplamiento neurovascular. Cada mecanismo parece desempeñar un papel igualmente importante pero independiente en la regulación del flujo sanguíneo en respuesta a la actividad neuronal. Este hallazgo sugiere que las cavidades en las arteriaspueden ser responsables de aumentos específicos más precisos en el flujo sanguíneo, mientras que el óxido nítrico actúa de manera más amplia, dijeron los autores.
Gu y sus colegas ahora están investigando la composición exacta de las moléculas de señalización contenidas en las caveolas para comprender mejor este proceso. Los investigadores dijeron que esperan que las nuevas bases mecanicistas reveladas del acoplamiento neurovascular permitan nuevos enfoques experimentales para estudiar la biología de este procesoy cómo va mal en la enfermedad.
"Hemos establecido un conjunto muy poderoso de herramientas genéticas que nos permiten no solo identificar sino también manipular los mecanismos moleculares en el corazón del acoplamiento neurovascular", dijo Gu. "Esto es importante dado cuántos aspectos del acoplamiento neurovascular aún existenpoco claro."
"Por ejemplo, incluso si el aumento del suministro de sangre local se ve afectado, el cerebro aún tiene flujo sanguíneo y oxígeno. ¿Cuál es el impacto de esto en las neuronas? ¿Cómo afecta esto a la función cerebral? ¿Y contribuye a afecciones como la demencia neurovascular?"Dijo Gu." Ahora estamos en condiciones de realizar una ciencia rigurosa que nos permita responder preguntas como estas ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de Harvard . Original escrito por Kevin Jiang. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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