Sabemos que el cerebro cambia después de una lesión traumática, y ahora tenemos mapas de ratones que muestran cómo se ve ese cambio.
Un equipo de científicos ha rastreado las conexiones entre las células nerviosas en todo el cerebro de los ratones, lo que demuestra que las partes distantes del cerebro se desconectan después de una lesión en la cabeza.
Las impresionantes visualizaciones de la conectividad en todo el cerebro podrían ayudar a los científicos a comprender cómo una lesión cerebral traumática, o TBI, altera la comunicación cruzada entre diferentes células y regiones del cerebro, primero en ratones y luego en humanos.
“Sabemos desde hace mucho tiempo que la comunicación entre diferentes células cerebrales puede cambiar de forma muy drástica después de una lesión”. dice el neurocientífico y autor del estudio Robert Hunt de la Universidad de California, Irvine (UCI), quien imaginó el proyecto hace una década.
“Pero no hemos podido ver lo que sucede en todo el cerebro hasta ahora”.
Todavía hay mucho que no entendemos completamente sobre lesiones cerebrales traumáticasque puede dejar a las personas con discapacidades de por vida, sintiéndose como sombras de sí mismas y casi irreconocibles para la familia.
Una lesión cerebral traumática se produce cuando un golpe en la cabeza, a menudo debido a una caída, un accidente automovilístico, una colisión deportiva o una agresión física, hace que el cerebro rebote dentro del cráneo y cause un daño duradero.
Los traumatismos craneales repetidos que conducen a una condición grave conocida como encefalopatía traumática crónica han sido bien documentada en deportistas profesionales. Pero incluso los golpes ‘leves’ en la cabeza llamados conmociones cerebrales pueden manifestar daño años más tarde, según muestra una investigación reciente.
Por lo general, no hay dos lesiones en la cabeza iguales, lo que las hace difíciles de estudiar, aunque existen síntomas comunes: problemas de memoria, dificultades de comunicación, déficit de atención, depresión e inestabilidad emocional, por nombrar solo algunos.
Sin embargo, vincular los cambios de comportamiento, emocionales y de la función cerebral con cambios en células cerebrales específicas o redes neuronales más amplias es una de las tareas importantes, ya que los investigadores esperan comprender mejor cómo se desarrolla el daño cerebral y si se puede prevenir su aparición.
En este estudio, Hunt y el equipo, dirigido por su colega neurocientífico e investigador de la UCI, Jan Frankowski, idearon algunas técnicas nuevas y mejoradas para mapear las conexiones entre las células nerviosas en todo el cerebro en un modelo de ratón que replica la TBI utilizando una deslumbrante variedad de imágenes iluminadas con láser. etiquetas fluorescentes.
En ese momento, iDISCO estaba bien establecido y modificamos los protocolos de limpieza para lograr un fuerte inmunomarcaje en todo el cerebro lesionado, sin separar los cerebros en dos hemisferios como se hace comúnmente. pic.twitter.com/5qborRCuNN
— robert hunt 🔥 (@hunt_lab) 14 de junio de 2022
De particular interés fue un grupo de neuronas llamadas interneuronas de somatostatina que controlan la entrada y salida de los circuitos cerebrales locales y se encuentran entre las más vulnerables a la muerte celular después de una lesión cerebral.
El truco consistía en infundir cerebros enteros de ratones con productos químicos para hacer transparentes los órganos gelatinosos completamente intactos y obtener imágenes de ellos antes de cortar el tejido en secciones delgadas para una mayor inspección bajo el microscopio.
Lo que vieron los investigadores fue sorprendente. Dos meses después de una lesión en el hipocampo, una región del cerebro involucrada en el aprendizaje y la memoria, los circuitos neuronales en el cerebro de los ratones se habían reconfigurado.
Secciones de tejido teñidas de una región cerebral lesionada y no lesionada (Frankowski et al., Comunidad Nacional, 2022)
Las interneuronas de somatostatina supervivientes en el hipocampo se convirtieron en “centros hiperconectados”, ricos en conexiones de corto alcance pero desconectados de entradas de largo alcance; los mismos cambios de conectividad también se observaron en áreas distantes del cerebro, no lesionadas directamente.
“Parece que todo el cerebro está siendo reconfigurado cuidadosamente para adaptarse al daño, independientemente de si hubo una lesión directa en la región o no”. explica Alexa Tierno, estudiante de posgrado en neurociencias de la UCI y coautora del estudio.
“Pero es probable que las diferentes partes del cerebro no funcionen juntas tan bien como antes de la lesión”.
En sus exploraciones de imágenes, el equipo también encontró signos de que la maquinaria que usan las células cerebrales para establecer conexiones distantes permaneció intacta después de una lesión grave. Esto es un buen augurio para la recuperación porque, dice Hunt, sugiere que puede haber una manera de atraer al cerebro lesionado para que repare las conexiones perdidas por sí mismo.
Basado en un trabajo anteriorlos investigadores injertaron nuevas neuronas en los cerebros de los animales, en el sitio de la lesión, y descubrieron que las células recién trasplantadas eran capaces de entrelazarse con los circuitos lesionados existentes y recibir información de todo el cerebro.
Entonces, trasplantamos interneuronas SST en hipocampo con lesión cerebral y mapeamos sus conexiones. Las nuevas interneuronas SST recibieron conexiones apropiadas de todo el cerebro, proporcionando una base de circuito potencial para la terapia celular interneuronal. pic.twitter.com/MPATNJn6fv
— robert hunt 🔥 (@hunt_lab) 14 de junio de 2022
“Algunas personas han propuesto [brain cell] el trasplante podría rejuvenecer el cerebro mediante la liberación de sustancias desconocidas para impulsar la capacidad regenerativa innata”, dice Caza. “Pero estamos descubriendo que las nuevas neuronas realmente están conectadas al cerebro”.
Sin embargo, no es el único enfoque. Otra investigación está considerando la posibilidad de que fortalecer las conexiones existentes a través del aprendizaje pueda ayudar a restaurar la función cerebral después de una lesión, y también podría estimular el crecimiento de nuevas células cerebralesun proceso que se ralentiza con la edad.
Con las terapias basadas en células todavía muy lejos, los investigadores detrás de este último estudio dicen que sus próximos pasos serán observar qué podría estar sucediendo con otros tipos de células (solo estudiaron una) y en otras áreas del cerebro después de una lesión.
Explorar si los cambios en el circuito de todo el cerebro observados en ratones también son evidentes en personas que han sufrido una lesión cerebral traumática, y si posiblemente contribuyen a la discapacidad y la epilepsia, será otra prueba real más adelante.
“Comprender los tipos de plasticidad que existen después de una lesión nos ayudará a reconstruir el cerebro lesionado con un alto grado de precisión”. dice Caza. “Sin embargo, es muy importante que avancemos paso a paso hacia este objetivo, y eso lleva tiempo”.
El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.