Orígenes del tacto placentero rastreados desde la piel hasta el cerebro en ratones

El toque tranquilizador de un padre. El cálido abrazo de un amigo. El tentador abrazo de un amante. Estas son algunas de las alegrías táctiles en nuestras vidas.

Ahora, los científicos del Instituto Zuckerman de Columbia y dos instituciones asociadas informan puntos de partida previamente no identificados en las vías neurobiológicas que subyacen al contacto social placentero, sexual y gratificante. Más notablemente en sus estudios con ratones, por primera vez descubrieron un camino completo que comienza con las neuronas en la piel que responden a las caricias suaves y recorren todo el camino hasta los centros de placer del cerebro. Esta investigación fue publicada hoy en Célula.

Los hallazgos también apuntan hacia terapias basadas en el tacto para aliviar la ansiedad, el estrés y la depresión, dijeron los investigadores. Además, tales terapias pueden ser prometedoras para las personas con autismo y otras afecciones que pueden hacer que incluso el contacto físico sea insoportable.

«Desde el principio, este proyecto tenía escrito alto riesgo/alta recompensa», dijo Ishmail Abdus-Saboor, Ph.D., investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia y autor correspondiente del artículo. «Seguimos siguiendo los datos hasta donde nos llevó».

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la piel presenta células sensoriales táctiles, componentes clave del sistema nervioso periférico, que nos permiten discernir diferentes texturas y temperaturas, así como variedades de estímulos mecánicos placenteros y dolorosos.

«No estábamos seguros de que esta imagen del toque social fuera del todo correcta», dijo el Dr. Abdus-Saboor, quien también es profesor asistente de ciencias biológicas en Columbia. «Nos propusimos probar si podría haber neuronas táctiles sintonizadas específicamente para recompensar el tacto».

Había indicios de esta posibilidad por parte de investigadores de Caltech, que estudiaron una clase de células sensoriales, denominadas células Mrgprb4 por un receptor en sus membranas. Los científicos encontraron que estas células respondían a los golpes ligeros.

La nueva investigación en Célula es la culminación de una trayectoria de cuatro años de trabajo colaborativo que involucró a casi 20 científicos (12 del laboratorio Abdus-Saboor, incluido el primer autor) de tres instituciones para observar más de cerca estas células.

La clave del estudio fue una poderosa técnica llamada optogenética en la que se diseñan tipos de células individuales para que puedan activarse cuando los investigadores les arrojan colores de luz específicos. La técnica es especialmente adecuada para descifrar las funciones de poblaciones específicas de células.

Los investigadores comenzaron su exploración en el otoño de 2018 en la Universidad de Pensilvania, cuando el Dr. Abdus-Saboor era miembro de la facultad que estudiaba la neurociencia del dolor. Fue entonces cuando la estudiante de posgrado Leah Elias y el técnico de laboratorio William Foster (ahora estudiante de posgrado de Columbia en el programa de Neurobiología y Comportamiento y primer autor del Célula papel) hizo una observación sorprendente.

«Vimos que al activar esta población poco estudiada de células sensoriales táctiles en la espalda del ratón, los animales bajarían la espalda y adoptarían esta postura de dorsiflexión», dijo el Dr. Elias. En el mundo de los roedores, esa postura es una firma clave de la receptividad sexual, que normalmente requiere las atenciones físicas de un ratón pretendiente.

«Fue muy extraño. No sabíamos qué hacer con eso», dijo el Dr. Elias, ahora becario postdoctoral en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore.

En el corazón de esta pista intrigante había una línea de ratones que el equipo diseñó genéticamente para que las células sensibles al tacto Mrgprb4 de los animales se dispararan cuando se iluminaran con luz azul. Estos tipos de células táctiles no se habían relacionado previamente con ningún comportamiento social específico, pero cuando el Dr. Elias y Foster activaron estas células haciendo brillar una luz azul en los ratones, el dúo apenas podía creer las respuestas de dorsiflexión que estaban viendo.

Los datos de video de alta velocidad del comportamiento fueron inconfundibles. Y más tarde, el equipo de investigación, dirigido por la entonces estudiante graduada Melanie Schaffler, observó que estos mismos ratones iban voluntariamente al mismo lugar en la cámara de investigación donde los animales habían sido iluminados previamente. Esa fue una indicación de que los animales experimentaron la activación de las células sensoriales Mrgprb4 en sus espaldas como una recompensa.

«Este fue el primer ejemplo documentado de que estas neuronas Mrgprb4 podrían generar o respaldar un comportamiento específico», dijo el Dr. Abdus-Saboor.

Si bien la dorsiflexión fue fascinante y señaló un papel potencial de estas células en la detección del contacto sexual, los investigadores necesitaban evidencia directa de que mediaban el contacto durante los encuentros sociales naturales. Pero la pandemia intervino y ralentizó el ritmo de la investigación. Se volvió tan difícil hacer avanzar la investigación que, a mediados de 2020, el equipo consideró abandonar el proyecto por completo.

Sin embargo, en el último momento, el Dr. Elias, trabajando con Isabella Succi, entonces técnica en el laboratorio de Penn (ahora estudiante de posgrado en Columbia en el programa de Ciencias Biológicas), llevó a cabo un experimento crucial. Usando técnicas genéticas, eliminaron las células Mrgprb4. Esto permitió a los científicos ver si la ausencia de estas células en los circuitos táctiles afectaba la respuesta sexual de los ratones a la estimulación táctil.

«La receptividad sexual se desplomó», dijo el Dr. Elias. «Entonces supimos con certeza que estas células eran importantes para el contacto social en los encuentros naturales».

A pesar de lo nítido que fue este resultado, los nuevos datos llevaron a una pregunta de investigación convincente pero desalentadora: ¿cómo se vinculan estas células periféricas con los circuitos neuronales aguas abajo a través de la médula espinal y luego más centralmente en el cerebro?

Responder a esta pregunta, señaló el Dr. Abdus-Saboor, requería técnicas fuera de la timonera del laboratorio, que estaba en el sistema nervioso periférico. Con este fin, el Dr. Elias expresó su entusiasmo por que el laboratorio adopte la fotometría de fibra, una técnica que les permitiría ver las neuronas de recompensa en el cerebro «iluminarse» ante estímulos placenteros. Durante los siguientes meses, y con la ayuda crucial de Succi, el Dr. Elias pudo demostrar que la activación de las células Mrgprb4 provocaba que las neuronas se dispararan en el núcleo accumbens, uno de los centros de recompensa conocidos del cerebro.

Pero quedaba una pregunta crítica: ¿cómo llegó esta señal de la piel al cerebro?

A medida que el creciente equipo asumió esta investigación multifacética en 2020, un estudio dirigido por Harvard reportado una pieza reveladora del rompecabezas del tacto placentero. En sus estudios de las células de la médula espinal involucradas con el tacto, designadas como células GPR83, este grupo de investigación rastreó los enlaces de neurona a neurona en ambas direcciones: centralmente en el tronco encefálico y periféricamente en la misma clase de células Mrgprb4 que el equipo del Dr. Abdus-Saboor había demostrado detectar y transmitir estímulos táctiles gratificantes.

«Eso nos dio la idea de que estas neuronas GPR83 son probablemente un conducto que conecta la piel hasta el cerebro», dijo el Dr. Abdus-Saboor.

Con experimentos adicionales, en colaboración con el laboratorio de la Universidad de Rutgers de Victoria Abraira, Ph.D., el equipo logró rastrear el circuito del tacto de la piel al cerebro más lejos y con más detalle de lo que se había logrado anteriormente. Un hallazgo importante es que las neuronas del tronco encefálico que estudió el equipo dirigido por Harvard se vincularon a ubicaciones aún más profundas en el cerebro, el área tegmental ventral y el núcleo accumbens. Esa fue una conexión fundamental para observar porque ya se sabía que ambas áreas del cerebro estaban asociadas con la experiencia de la recompensa y el placer.

El Dr. Abdus-Saboor señala que las personas tienen células cutáneas sensoriales, llamadas aferentes táctiles C, que tienen cierta similitud con las células Mrgprb4 de los ratones. Los seres humanos también tienen neuronas en la médula espinal y el cerebro que corresponden al circuito táctil que el equipo del Dr. Abdus-Saboor y los neurocientíficos han estado descubriendo. Estas similitudes abren el camino a posibles aplicaciones biomédicas, dijo el Dr. Elias. Podría ser posible, por ejemplo, desarrollar técnicas dirigidas a la periferia para tratar el estrés, la ansiedad o la depresión, ya sea a través de terapias táctiles o incluso de nuevos fármacos aplicados directamente sobre la piel.

«Un síntoma cardinal para muchas personas con autismo es que no les gusta que las toquen», agregó el Dr. Abdus-Saboor. «Esto plantea la pregunta de si el camino que hemos identificado podría modificarse para que las personas puedan beneficiarse del contacto que debería ser gratificante en lugar de aversivo».

«La pandemia nos hizo a todos muy conscientes de cuán devastadora puede ser la falta de contacto social y físico», dijo el Dr. Elias. «Pienso en el deterioro mental de los ancianos en hogares de ancianos que no pueden tener un contacto típico con los visitantes. Pienso en cómo el contacto físico entre los padres y sus recién nacidos y niños pequeños es necesario para un desarrollo cognitivo y social adecuado. Todavía no entender cómo estos tipos de contacto transmiten sus beneficios, ya sea sumamente placentero o promoviendo el bienestar mental a largo plazo. Es por eso que este trabajo es tan esencial».