Neurocientíficos crean mapas del cerebro después de una lesión cerebral traumática

Científicos de la Universidad de California en Irvine han descubierto que una lesión en una parte del cerebro cambia las conexiones entre las células nerviosas en todo el cerebro. La nueva investigación fue publicada esta semana en Comunicaciones de la naturaleza.

Cada año en los Estados Unidos, casi dos millones de estadounidenses sufren una lesión cerebral traumática (TBI). Los sobrevivientes pueden vivir con discapacidades físicas, cognitivas y emocionales de por vida. Actualmente, no hay tratamientos.

Uno de los mayores desafíos para los neurocientíficos ha sido comprender completamente cómo un TBI altera la comunicación cruzada entre diferentes células y regiones del cerebro.

En el nuevo estudio, los investigadores mejoraron un proceso llamado iDISCO, que utiliza solventes para hacer que las muestras biológicas sean transparentes. El proceso deja atrás un cerebro completamente intacto que puede iluminarse con láser y obtener imágenes en 3D con microscopios especializados.

Con los procesos mejorados de limpieza del cerebro, el equipo de la UCI mapeó las conexiones neuronales en todo el cerebro. Los investigadores se centraron en las conexiones con las neuronas inhibitorias, porque estas neuronas son extremadamente vulnerables a morir después de una lesión cerebral. El equipo primero observó el hipocampo, una región del cerebro responsable del aprendizaje y la memoria. Luego, investigaron la corteza prefrontal, una región del cerebro que funciona junto con el hipocampo. En ambos casos, las imágenes mostraron que las neuronas inhibitorias obtienen muchas más conexiones de las células nerviosas vecinas después de la TBI, pero se desconectan del resto del cerebro.

«Sabemos desde hace mucho tiempo que la comunicación entre diferentes células cerebrales puede cambiar drásticamente después de una lesión», dijo Robert Hunt, Ph.D., profesor asociado de anatomía y neurobiología y director del Centro de Investigación de Epilepsia en la Escuela UCI. of Medicine, cuyo laboratorio realizó el estudio, «pero hasta ahora no hemos podido ver qué sucede en todo el cerebro».

Para observar más de cerca las conexiones cerebrales dañadas, Hunt y su equipo idearon una técnica para revertir el procedimiento de limpieza y sondear el cerebro con enfoques anatómicos tradicionales.

Los hallazgos mostraron sorprendentemente que las largas proyecciones de las células nerviosas distantes todavía estaban presentes en el cerebro dañado, pero ya no formaban conexiones con las neuronas inhibitorias.

«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», explicó Alexa Tierno, estudiante de posgrado y coautora principal del estudio. «Pero es probable que las diferentes partes del cerebro no funcionen juntas tan bien como antes de la lesión».

Luego, los investigadores querían determinar si era posible que las neuronas inhibitorias se reconectaran con regiones cerebrales distantes. Para averiguarlo, Hunt y su equipo trasplantaron nuevas interneuronas en el hipocampo dañado y mapearon sus conexiones, basándose en investigaciones anteriores del equipo que demostraban que el trasplante de interneuronas puede mejorar la memoria y detener las convulsiones en ratones con TBI.

Las nuevas neuronas recibieron conexiones apropiadas de todo el cerebro. Si bien esto puede significar que podría ser posible atraer al cerebro lesionado para que repare estas conexiones perdidas por sí mismo, Hunt dijo que aprender cómo las interneuronas trasplantadas se integran en los circuitos cerebrales dañados es esencial para cualquier intento futuro de usar estas células para reparar el cerebro.

«Nuestro estudio es una adición muy importante a nuestra comprensión de cómo los progenitores inhibitorios algún día pueden usarse terapéuticamente para el tratamiento de TBI, epilepsia u otros trastornos cerebrales», dijo Hunt. «Algunas personas han propuesto que el trasplante de interneuronas podría rejuvenecer el cerebro mediante la liberación de sustancias desconocidas para aumentar la capacidad regenerativa innata, pero estamos descubriendo que las nuevas neuronas realmente están conectadas al cerebro».

Hunt espera eventualmente desarrollar una terapia celular para personas con TBI y epilepsia. El equipo de la UCI ahora está repitiendo los experimentos utilizando neuronas inhibidoras producidas a partir de células madre humanas.

«Este trabajo nos acerca un paso más a una futura terapia basada en células para las personas», dijo Hunt. «Comprender los tipos de plasticidad que existen después de una lesión nos ayudará a reconstruir el cerebro lesionado con un alto grado de precisión. Sin embargo, es muy importante que avancemos paso a paso hacia este objetivo, y eso lleva tiempo».

Jan C. Frankowski, doctorado; Shreya Pavani; Quincy Cao y David C. Lyon, Ph.D. también contribuyó a este estudio.