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Las neuronas implantadas permiten que el cerebro se reconfigure de nuevo
El trasplante de neuronas fetales al cerebro de ratones jóvenes abre una nueva ventana sobre la plasticidad neuronal o flexibilidad en los circuitos neuronales del cerebro. La investigación, publicada hoy en la revista Ciencias , sugiere que la capacidad del cerebro para adaptarse radicalmente a situaciones nuevas podría no perderse permanentemente en la juventud, y ayuda a identificar los factores necesarios para reintroducir esta plasticidad.
Flexible de nuevo: Aquí se muestran las neuronas trasplantadas de un embrión al cerebro de un ratón joven. Estas neuronas desencadenan un nuevo período de plasticidad neuronal en el cerebro de los animales.
Una mejor comprensión de la plasticidad cerebral podría algún día señalar nuevas formas de tratar las lesiones cerebrales y otros problemas neurológicos al devolver el cerebro a un estado más joven y maleable. [Los hallazgos] revelan que debe haber un factor que pueda inducir plasticidad en el cerebro, dice Michael Stryker , neurocientífico de la Universidad de California en San Francisco, que participó en la investigación. Esperamos que los estudios futuros revelen qué es lo que permite a las células inducir este nuevo período de plasticidad.
En el estudio, los investigadores examinaron un fenómeno bien conocido observado en el sistema visual de ratones y humanos, durante lo que se conoce como el período crítico de desarrollo. Si los animales jóvenes se ven privados de información visual en un ojo durante este período (alrededor de 25 a 30 días de edad en ratones), sus sistemas visuales se reconectarán para maximizar la entrada visual del ojo funcional. Como resultado, la visión en el otro ojo se ve afectada permanentemente. La corteza dice: 'No obtengo información de este lado, así que preste atención al otro ojo', dice. Arturo Alvarez-Buylla , también parte del equipo de UCSF. Después del período crítico, privar a un ojo de la información tiene poco impacto a largo plazo en la visión.
Para tratar de descubrir qué desencadena la plasticidad neuronal observada durante este período, los investigadores tomaron un tipo específico de neurona del cerebro de ratones fetales y los injertaron en ratones que acababan de nacer o tenían aproximadamente 10 días de edad. Estas células, conocidas como interneuronas inhibidoras, liberan una señal química que silencia a las células vecinas, lo que dificulta su disparo. Las neuronas trasplantadas, marcadas con un marcador fluorescente, comenzaron a migrar a su lugar normal en el cerebro y a establecer conexiones con las neuronas residentes.
Los ratones atravesaron el período crítico típico, aproximadamente a los 28 días de edad. Pero las neuronas trasplantadas parecieron inducir un segundo período crítico, que se sincronizó con la edad de las células trasplantadas y no con la edad de los animales. El último período crítico ocurrió cuando las neuronas trasplantadas tenían entre 33 y 35 días de edad, la misma edad que las interneuronas inhibidoras residentes durante el período crítico normal. (Las neuronas surgen en el cerebro antes del nacimiento).
Los científicos aún no están seguros de cómo las células inducen este segundo período de maleabilidad. El equipo de Stryker y otros habían demostrado previamente que la señalización inhibidora de las células juega un papel clave: el período crítico puede retrasarse o inducirse antes imitando los efectos inhibidores de las células con fármacos, como el valium. Pero en estos experimentos previos, no fue posible inducir un segundo período crítico después del normal. Una vez que lo haya tenido, nunca podrá obtener otro, al menos hasta estos experimentos de trasplante, dice Stryker. Eso muestra que hay algo más que el inhibidor [químico] que liberan que debe estar involucrado en este proceso. Los investigadores planean trasplantar diferentes tipos de neuronas inhibidoras, en un intento por encontrar el tipo de célula específico responsable.
Me encantaría ver si el mismo tipo de trasplante funcionó en animales más viejos, dice Jianhua Cang , neurocientífico de la Universidad Northwestern, en Chicago. Este trabajo es un avance significativo, pero si se puede realizar en animales adultos, sería aún más notable. Y abre la posibilidad de potencial terapéutico. Cang no participó en la investigación actual, pensó que había trabajado anteriormente con los autores.
Los hallazgos podrían tener implicaciones de gran alcance sobre cómo pensamos sobre la naturaleza de la plasticidad en el cerebro. Los seres humanos tienen un período crítico similar, aunque en los seres humanos esta fase es más prolongada que en los ratones. Los bebés y los niños con ojo vago o cataratas sufrirán pérdida permanente de la visión si el problema no se corrige antes de los ocho años de edad, dice Takao Hensch , neurocientífico del Children's Hospital Boston, que no participó en el estudio actual. (Durante el desarrollo normal, se cree que este período de plasticidad es importante para desarrollar información equilibrada de ambos ojos, que es crucial para la visión binocular).
El fenómeno no se limita al sistema visual: los científicos creen que la mayoría de las partes de la corteza atraviesan un período similar de mayor maleabilidad. Por ejemplo, los niños no escuchan ciertos sonidos después de una edad en particular. El ejemplo clásico son los niños que crecen en Japón, dice Hensch. Eventualmente pierden la capacidad de diferenciar entre los sonidos 'R' y 'L'.
Si los científicos pueden encontrar una forma controlada de activar la plasticidad en partes específicas del cerebro, se abrirían nuevas vías para el tratamiento de una variedad de dolencias. Los adultos que sufren daño cerebral por accidente cerebrovascular o traumatismo craneoencefálico tienen cierto nivel de reorganización en el cerebro, lo que aumenta la plasticidad y puede mejorar la recuperación.
Se reconoce que muchas enfermedades psiquiátricas tienen orígenes del desarrollo neurológico, en particular, déficits en los circuitos inhibidores, dice Hensch. Por ejemplo, muchos genes relacionados con el autismo pueden desencadenar un desequilibrio en la excitación y la inhibición de la señalización neuronal, dice. Si puede restaurar ese desequilibrio, podría imaginarse intervenir durante el desarrollo o más adelante en la vida para intentar restaurar la función cerebral.
Aún así, queda un largo camino por recorrer. Para aplicar este tipo de trasplante de células a humanos, los científicos primero necesitarían desarrollar una fuente confiable de las células necesarias, tal vez a partir de la reprogramación inducida de células madre pluripotentes. Luego tendrían que demostrar que las células se pueden trasplantar de manera segura al cerebro. Descubrir cómo capitalizar adecuadamente la plasticidad recién descubierta presenta otro obstáculo. No está claro si los pacientes necesitarían algún tipo de entrenamiento específico o tratamiento farmacológico para reorganizar adecuadamente los circuitos neuronales dañados. Para funciones cognitivas superiores, es posible que deba capacitar a las personas cognitivamente en presencia de neuronas que mejoran la plasticidad, dice Hensch.
Idealmente, sería bueno encontrar una manera de persuadir [el nacimiento de nuevas neuronas en el cerebro] a través de algún medio farmacológico o ambiental para que aparezcan más de estas células inhibidoras, dice. Parece un gran desafío, pero esta investigación nos da la esperanza de que valga la pena intentarlo.