diciembre 08, 2014

Investigación sobre la Regeneración Neuronal en el Cerebro




El cerebro es capaz de producir nuevas neuronas

Apenas se están conociendo los mecanismos por medio de los cuales el cerebro puede cambiar y cómo ciertas zonas de este órgano pueden asumir nuevas funciones.

Muchos años debieron pasar en las Ciencias Biológicas antes de que se conociera que la regeneración de neuronas era posible. De hecho, no fue hasta en 1998 que se demostró la existencia de la neurogénesis en un cerebro adulto.

Las células gliales son muy numerosas
y regulan la transmisión de
información entre las neuronas
La producción de neuronas es conocida como neurogénesis. Con este hallazgo se derriba un dogma médico y hoy se sabe que es importante un equilibrio entre la producción y la muerte de neuronas para obtener su nivel óptimo de funcionamiento cerebral.

Existen cientos de categorías diferentes de neuronas, las cuales según, su posición, arquitectura, las señales químicas que emiten, desempeñan funciones muy diferentes.

Hace unos 25 años, la mayoría de los médicos consideraba que esto era imposible. Suponían que el cerebro de un adulto era como una máquina: no podía cambiar ni crecer, sólo fallar. Pero en el curso de las últimas décadas, técnicas como la tomografía por emisión de positrones y la resonancia magnética funcional han permitido a los científicos observar el cerebro en acción. Hoy se dan cuenta de que la concepción que tenían de este órgano era incorrecta.


El cerebro es capaz de producir nuevas neuronas

Bryan Kolb, neurocientífico de la Universidad de Lethbridge (Canadá) demostró,  en 2006, esta capacidad en ratas de laboratorio tras provocarles apoplejías y daño cerebral consecutivo. Él y sus colegas suministraron el factor de crecimiento a las ratas, y observaron que sus cerebros no sólo producían nuevas neuronas, sino que las usaban para reparar los daños físicos y funcionales causados por las apoplejías. E hicieron otro hallazgo asombroso: durante las dos semanas posteriores a la lesión, las nuevas neuronas “migran” a la zona dañada y esperan órdenes. Si se las estimula adecuadamente, empiezan a funcionar y ayudan al cerebro a recuperar funciones; por ejemplo, hacer que el animal levante una pata.

El experimento de Kolb subraya la importancia de la rehabilitación en los casos de lesión cerebral. Los investigadores ahora pretenden determinar si la estimulación que proporciona la rehabilitación podría aumentar la producción de neuronas nuevas y acelerar la recuperación.

Si una parte del cerebro se lesiona, en especial la corteza (la capa que procesa las señales para la percepción y el movimiento), a menudo es posible adiestrar otra para que supla la dañada. Esto exige una práctica constante que llega a durar varios años. Aun así, los científicos afirman que el pensamiento y la actividad pueden alterar físicamente el cerebro, efecto al que llaman neuroplasticidad. Ahora se sabe que, al pensar, se forman nuevas conexiones sinápticas en la red neuronal.

Las neuronas no sólo mueren sino que también existen depósitos de células del cuerpo donde podemos encontrar la regeneración neuronal.

Uno de los “criaderos de neuronas” del cerebro se encuentra en el hipocampo, el cual desempeña un papel clave en la memoria. Esta reconstrucción se ha logrado con estimulaciones en esta zona cerebral.

Dicha capacidad de recuperación se le atribuye a la plasticidad sináptica cerebral, que produce una estimulación en las neuronas para que éstas logren regenerarse.

En un estudio, científicos de la Universidad de Toronto usaron marcadores químicos para rastrear las neuronas nuevas que se generaban en forma natural en ratones sanos, y luego enseñaron a los animales a nadar hasta una plataforma. Después de mucha práctica, los roedores “recordaban” dónde estaba la plataforma. Más adelante, cuando los investigadores examinaron el cerebro de los ratones, descubrieron que las neuronas nuevas se habían ocupado de la tarea de la memoria; es decir, las células marcadas químicamente estaban concentradas en los “criaderos” del hipocampo.

Dendrita

Los investigadores también descubrieron que, apenas un mes después de generarse, esas neuronas habían comenzado a mejorar la memoria. Según Paul Frankland, el neurocientífico que dirigió el estudio, Los factores ambientales influyen en el número de neuronas que se generan. La cocaína y el estrés, por ejemplo, reducen la tasa de producción de neuronas, mientras que correr y las actividades educativas la aumentan.

En las enfermedades neuro-degenerativas como Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o Alzheimer, predomina la pérdida de neuronas y la falta de comunicación dendrítica. Las consecuencias de un trastorno a nivel cerebral se traducen en problemas cognitivos y motores.


Científicos crean sinapsis in vitro gracias a sustratos artificiales

En un estudio realizado por investigadores del Instituto Neurológico y el Hospital de Montreal (El Neuro) y la Universidad McGill, publicado en la revista Journal of Neuroscience en octubre 2009, se utiliza de un componente artificial en forma de cuentas de plástico recubiertas con una sustancia que facilita la adhesión y atrae a las neuronas.

El estudio es el primero en demostrar que las neuronas pueden crecer y crear contactos significativos, funcionales, o sinapsis  uniones especializadas que aseguran la transmisión de información entre neuronas.


El enfoque consiste en favorecer la conexión funcional de las células nerviosas intactas con sustratos artificiales y crear un paradigma que se pueda aplicar más tarde en sistemas modelo, incluyendo las neuronas dañadas. El enfoque se combina con estrategias para la extensión de las terminaciones nerviosas en la que se forman las conexiones, o sinapsis.

El objetivo final es crear una plataforma doble no sólo para mejorar la regeneración de las células dañadas, sino también la recuperación de sus conexiones funcionales.
Imagen: regeneración-in-vitro 

La estimulación artificial de neuronas y la aplicación de un tinte permitió ver que la transmisión había tenido lugar, debido a que el colorante fue absorbido por las sinapsis.

Estos resultados no son solamente un modelo para la comprensión de la formación de neuronas, que se pueden utilizar en otros estudios, pero generan también optimismo entre los que tienen trastornos neurológicos y constituyen una esperanza en cuanto al uso de sustratos artificiales en la regeneración de nervios dañados.


El carbono-14 confirma que las neuronas se renuevan periódicamente 

En un estudio del Instituto Karolinska de Estocolmo, publicado en la revista Cell en junio 2013, investigadores midieron en el cerebro humano la concentración de carbono-14, derivado de décadas de explosiones atómicas en la atmósfera y han demostrado que parte de las neuronas de nuestro cerebro se renueva.

En comparación con peces, ranas, reptiles y aves, algunas de las cuales pueden regenerar estructuras enteras del cerebro, el ser humano no tiene capacidad para reconstituir la totalidad de sus neuronas. Incluso durante mucho tiempo se creyó que la reserva constituida al nacer disminuía conforme se iba envejeciendo. Fue antes de descubrir que, en ratones y monos, algunas de estas células podían constituirse durante toda la vida. Los experimentos demostraron luego que era también el caso en los seres humanos, pero sólo en ciertas regiones del cerebro.

Los dos tipos de carbono, el carbono-12 (normal) y el carbono-14 (isótopo de carbono), presentes en el ambiente natural y sus ciclos, se integran naturalmente en el ADN durante la división celular, es decir, durante la formación de nuevas células. La velocidad de desintegración del isótopo se conoce, así que los científicos pueden calcular exactamente cuándo nacieron las células.


Carbono 14
En el ecosistema terrestre, este cociente fluctuó considerablemente entre 1945 y 1963, debido a las explosiones de bombas atómicas, probadas en la atmósfera y en el mar (posteriormente, estas pruebas tienen lugar bajo tierra). Cada período tiene su 'firma de carbono'  identificable en el ambiente, por tanto en nuestras neuronas.

Dado que las células incorporan carbono de la atmósfera en su ADN cuando se dividen, la proporción de carbono-14 para el isótopo de carbono es más y actúa como un sello de tiempo cuando nace una célula.

Al medir la concentración de carbono-14 en el ADN de las neuronas del hipocampo  parte del cerebro responsable de la memoria y las emociones  de personas fallecidas y, sabiendo la edad de las células, los investigadores determinaron que parte de las neuronas de estas personas nació cuando eran adultas. Más de un tercio de las neuronas del hipocampo fueron reemplazadas con regularidad, alrededor de 1,400 nuevas neuronas se agregaron cada día durante la edad adulta.

El cerebro produce hasta 700 nuevas neuronas al día; esta velocidad asegura que las neuronas que mueren son reemplazadas por las nuevas. Es la primera evidencia de que las neuronas nacen continuamente durante toda la vida humana. Desafortunadamente, la degeneración avanza más rápido que esta neurogénesis.


¿ Cómo regenerar las neuronas sin perder la memoria ?

En un estudio, Eve Marder, profesora de neurociencia de la Universidad Brandeis (Massachusetts), publicado en la revista científica Neuron en mayo de 2014, construyó un nuevo modelo teórico de la regulación de los canales iónicos basados ​​en el concepto de un sistema de control interno para entender cómo controlan y auto-regulan sus propiedades las células, en un marco de continua interacción entre sus componentes. 

El equipo, compuesto por el becario postdoctoral, Timothy O'Leary, el técnico de laboratorio Alex Williams, Alessio Franci, de la Universidad de Lieja en Bélgica, y Marder, descubrió que las células no necesitan medir cada detalle de la actividad para mantener el funcionamiento del sistema. De hecho, el exceso de detalle puede hacer descarrilar el proceso.

El equipo también aprendió que las células pueden tener propiedades similares, pero diferentes tipos de expresión de los canales iónicos  como homófonos celulares, que suenan igual pero se ven muy diferentes.

El misterio de cómo se regenera el cerebro, al tiempo que mantiene la memoria y todas sus capacidades intactas, podría explicarse mediante el modelo teórico, según el cual tenemos un sistema de control interno que monitoriza el comportamiento de las neuronas, y que permite mantener el equilibrio general.

Las neuronas viven muchos años, pero sus componentes, las proteínas y las moléculas que componen la célula, están continuamente siendo reemplazados.

El cómo se lleva a cabo esta reconstrucción sin afectar a nuestra capacidad de pensar, recordar, aprender o experimentar es una de las mayores preguntas de la neurociencia.

El estudio representa un avance importante en la comprensión de la más compleja maquinaria jamás construida, el cerebro humano. Y puede llevar a estrategias terapéuticas completamente diferentes para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas que afectan a las neuronas del cerebro.

Los canales iónicos son las puertas
moleculares en la superficie de las células
Los canales iónicos, las puertas moleculares de la superficie de las células, determinan las propiedades neuronales necesarias para regular todo, desde el tamaño y la velocidad del movimiento de las extremidades hasta cómo se procesa la información sensorial.

Los receptores y los canales iónicos están cambiando constantemente, por lo que las células necesitan regular la velocidad a la que son sustituidas de una manera que evite la interrupción de la función normal del sistema nervioso.

Las neuronas necesitan un medidor interno para monitorizar la actividad eléctrica y ajustar la expresión de los canales iónicos en consecuencia. Debido a que una sola neurona es siempre parte de un circuito más amplio, también tiene que hacer esto mientras se mantiene la homeostasis (estabilidad) de todo el sistema nervioso.

Para entender y curar algunas enfermedades, se tiene que desmenuzar y comprender cómo controlan sus propiedades internas los sistemas biológicos cuando están en un estado de salud normal.


El MIT investiga la regeneración neuronal – Utiliza una nueva técnica de microprocesador

Investigadores del Massachusetts Institute of Technology realizaron un nuevo descubrimiento, publicado por la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos en abril 2010, sobre mecanismos de compuestos moleculares y químicos, el cual demuestra que se puede mejorar la regeneración neuronal, y por medio de ésta, desarrollar nuevas terapias y combatir lesiones del sistema nervioso, así como a enfermedades neurodegenerativas.

Esta tecnología ayuda a los investigadores a identificar rápidamente químicos prometedores que podrían ser probados en mamíferos y tal vez, en humanos. Ingenieros del MIT ahora usan tecnología de microchip para probar más rápido el potencial de ciertos fármacos en pequeños gusanos llamados C. elegans, comúnmente utilizados en estudios del sistema nervioso.

Gusano C. elegans
Los gusanos C. elegans son un excelente modelo de organismo para observar la regeneración de neuronas debido a su transparencia y a su red neuronal. Yanik y sus colegas desarrollaron una técnica de láser por femtosegundo (10-15 segundo)Este tipo de tecnología permite hacer miles de microcirugías en un sólo axón en cuestión de segundos, señala el estudio. Es posible ahora identificar ciertos químicos que pueden alterar la regeneración neuronal. La tecnología en microchip puede utilizarse también para encontrar compuestos que tienen efectos en enfermedades como el Alzheimer, Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica.


La edad no es un obstáculo para la regeneración de neuronas

Un nuevo estudio realizado en enero 2014, por el equipo de Marc Hammarlund y Alexandra Byrne, de la Universidad Yale, ha descubierto que lo que limita de manera determinante la regeneración neuronal no es la edad sino la insulina. El hallazgo se ha hecho en gusanos envejecidos, pero es posible que la misma situación descubierta ocurra en otros animales, incluyendo al ser humano.

En los gusanos estudiados, la insulina es lo que inhibe la capacidad de las neuronas motoras para repararse, un descubrimiento que sugiere que el deterioro de la salud del sistema nervioso podría no ser inevitable.

A medida que envejecen, todos los organismos sufren una reducción de su capacidad para regenerar porciones dañadas del sistema nervioso.

El sistema nervioso regula su propia respuesta ante la edad, independientemente de cómo lo haga el resto del cuerpo. Mediante manipulación de la vía en la que participa la insulina, es factible obtener animales que vivan más tiempo de lo normal pero cuyo sistema nervioso envejezca al ritmo normal, o, a la inversa, obtener animales que mueran a edades normales pero cuyo sistema nervioso se mantenga joven hasta el final.

En la investigación se identificaron dos vías genéticas que regulan la actividad de la insulina y que son responsables de la reducción, asociada con la edad, de la habilidad de regenerar axones (ramificaciones) en neuronas de gusanos. El equipo también identificó otras dos vías que regulan la capacidad de las neuronas para regenerarse, pero que no tienen conexión con la edad de los gusanos.

El gusano C. elegans es un excelente modelo de estudio para el análisis genético del envejecimiento. Mediante la manipulación de familias de genes que regulan la actividad de la insulina, ya se observó en estudios anteriores que se incrementa drásticamente la expectativa de vida de este organismo. Este nuevo estudio revela que la señalización mediada por insulina también afecta directamente al sistema nervioso.

El objetivo de esta fascinante línea de investigación es averiguar más detalladamente cómo vías diferentes de señalización regulan de manera coordinada el envejecimiento neuronal, y más específicamente, cómo conseguir regenerar neuronas sin que la edad de la persona sea un impedimento.


Investigan la adaptación en humanos de la regeneración nerviosa de la lamprea

Investigadores de la Universidad de Missouri, en un estudio publicado en Neuroscience en agosto 2013, han descubierto cómo la lamprea marina (pez serpentiforme de esqueleto cartilaginoso) regenera las neuronas que componen las largas vías nerviosas que unen el cerebro con la médula espinal. Los resultados del estudio abren una posible línea de investigación sobre si la regeneración nerviosa de la lamprea podría adaptarse algún día para estimular la recuperación en personas con una lesión medular.

Lamprea marina
Los científicos se centraron en la regeneración de un grupo particular de células, las neuronas reticuloespinales, que son necesarias para la locomoción. Estas neuronas están presentes en el rombencéfalo y envían señales a la médula espinal para controlar los movimientos corporales. En caso de lesión medular, la lamprea marina y otros vertebrados inferiores tienen la capacidad de regenerar estas neuronas y recuperar la movilidad en unas pocas semanas.

Se aislaron neuronas reticuloespinales dañadas de lamprea marina y se establecieron cultivos externos de ellas, bajo diversas condiciones, para ver los efectos de tales condiciones sobre el crecimiento de esas neuronas. Los investigadores descubrieron que el adenosín monofosfato cíclico parece aumentar la regeneración neuronal en el sistema nervioso central en un ambiente que normalmente inhibe la regeneración, es decir, parece poder vencer a algunos de estos factores inhibidores y promover al menos cierto grado de regeneración.


P45 – la proteína capaz de regenerar las conexiones nerviosas

En un estudio publicado en PLoS ONE en agosto 2014, Lee y sus colegas del Instituto Salk encontraron que la proteína p45 promueve la regeneración del nervio al prevenir la inhibición de nuevo crecimiento de la vaina del axón, conocida como mielina.

Ranas, perros, ballenas, caracoles: todos estos animales tienen la molécula, pero los seres humanos y los primates no. Desde hace años se investiga sobre la causa, y ahora parece haberse encontrado un posible responsable: p45, una pequeña molécula que parece ser capaz de 'convencer' a los nervios dañados para que vuelvan a crecer y que se conecten de manera efectiva los circuitos.

Para que un nervio dañado pueda reanudar su función, sus axones  las largas fibras nerviosas que conducen las señales eléctricas  necesitan crecer y crear nuevos vínculos con otras células.

La investigación sugiere que dicha pequeña molécula podría conducir al desarrollo de terapias para los miles de personas que viven con graves lesiones en la médula espinal y sufren parálisis. Se podría imitar los procesos de reparación neuronales que se producen de forma natural en los animales inferiores.

Este hallazgo es el fruto de un proceso investigador que viene de años. Sin embargo, los seres humanos, los primates y algunos otros vertebrados más avanzados carecen de p45. No se sabe por qué no se produce en los seres humanos esta regeneración de los nervios.

En lugar de ello, los investigadores descubrieron una proteína diferente, p75, que se une a la mielina del axón cuando se ha producido el daño en el nervio en estos animales. En lugar de promover la regeneración del nervio, p75 detiene el crecimiento en los nervios dañados.

Los científicos observaron cómo dos proteínas p75 se unen entre sí y forman una pareja que se adhiere en los inhibidores liberados de la mielina dañada. Y mediante el estudio de las configuraciones de las proteínas gracias a la tecnología de resonancia magnética nuclear (RMN), encontraron que la proteína p45 promotora del crecimiento podría de hecho interrumpir la formación de parejas de p75. Por razones que se desconocen, cuando p45 aparece, se rompe la pareja en pedazos.

Además, los investigadores comprobaron que la proteína p45 era capaz de unirse a la región específica de la proteína p75 que es crítica para la formación de la pareja de p75, disminuyendo así la cantidad de pares de p75 que se unen a inhibidores de la liberación de la mielina. Con menos parejas de p75 disponibles para unirse al inhibidor de señales, los axones fueron capaces de volver a crecer.

Los resultados sugieren que un agente, ya sea p45 u otra molécula modificadora que pueda romper efectivamente las parejas de p75 podría ofrecer una posible terapia para daño de la médula espinal.

Los investigadores especulan que una de las vías para desarrollar una terapia podría ser la introducción de más proteína p45 en las neuronas lesionadas, pero una táctica más inteligente sería la introducción de una molécula pequeña que bloqueara la unión entre las dos proteínas p75. Dicho agente posiblemente podría atravesar a través de la barrera hematoencefálica y alcanzar la zona dónde se han producido las lesiones de la médula espinal. El siguiente paso será ver si la introducción de p45 ayuda a regenerar los nervios humanos dañados.



Estimulación Cerebral Periférica (PbS)

A través de la Estimulación Cerebral Periférica (PbS) se pretende estimular el proceso natural de generación neuronal. Con el objetivo de mejorar en los pacientes no sólo el funcionamiento cognitivo sino también el motor.

La plasticidad cerebral es la capacidad de reorganización del sistema nervioso después de la pérdida o destrucción de algunos de sus elementos de funcionamiento. Esta capacidad se refiere no sólo términos de aprendizaje, sino también hace referencia a la sustitución de unas estructuras por otras.

Los procesos básicos son :

* Aumento de la efectividad de las sinapsis : conexiones entre las neuronas.
Regeneración de sinapsis.
Regeneración de neuronas.

La Estimulación Cerebral Periférica tiene como objetivo la regeneración natural de las estructuras dañadas o afectadas en el cerebro. Tras la estimulación permanente de la PbS, se incita de forma natural el correcto funcionamiento de las estructuras que no han sido dañadas manteniendo su buena actividad y tomando así las tareas de otros circuitos neuronales dañados.


Memorización de un recuerdo


Es el resultado de modificaciones de las conexiones en las redes de neuronas, que son inducidas por una señal eléctrica.

Cuando se trata de una información, se activan genes y proteínas en las neuronas postsinápticas, que sirven de refuerzo de las sinapsis.

1. Dendrita. Filamento que emerge de la neurona y que transporta la señal eléctrica producida por un estímulo nervioso.
2. Transmisor. El impulso nervioso se traduce en una proteína que ayuda a liberar el neurotransmisor.
3. Impulso nervioso. La información llevada por el neurotransmisor es transformada de nuevo en un mensaje eléctrico.
4. Sinapsis. El punto de comunicación entre dos neuronas.
5. Neurona presináptica. Encargada de transmitir el mensaje nervioso antes de la sinapsis.
6. Axón. Filamento que recibe información de la neurona postsináptica.


Los recientes hallazgos sobre el cerebro ofrecen enormes esperanzas a :

* Los niños y adolescentes que presentan dificultades de aprendizaje.

* En las enfermedades neurodegenerativas como Parkinson, ELA o Alzheimer.

* Las víctimas de apoplejía que tienen que afrontar la pérdida de funciones cerebrales.


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