junio 17, 2016

La Glía : Las Otras Células del Cerebro



Las células gliales regulan la bioquímica que hace posible la sinapsis


Hasta hace bien poco, los neurocientíficos pensaban que un tipo de células del sistema nervioso llamado Glía tenía solamente un papel de sostén, contribuyendo al buen funcionamiento de las comunicaciones entre las células del cerebro. En contraposición, habían prestado mucha más atención a los 100 millones de células nerviosas denominadas Neuronas.

Cuando el genial y legendario Albert Einstein falleció en 1955, le extrajeron el cerebro y lo conservaron dentro de un tarro de formaldehído. Durante los siguientes 30 años, los científicos examinaron pequeños cortes de su cerebro esperando encontrar algunas pistas del motivo de su genialidad.

La mayoría de la gente esperaba que el cerebro de Einstein fuese mayor de lo normal, pero no fue así. Y tampoco había nada inusual en el número o el tamaño de las neuronas, las células del cerebro que se encargan prácticamente de todo, desde respirar hasta pensar.

A finales de los años 80, un científico descubrió que sí había algo diferente en el cerebro de Einstein. Tenía un mayor número de unas células cerebrales denominadas glía o células gliales, especialmente en la corteza asociativa, un área cerebral relacionada con la imaginación y el pensamiento complejo.

Al principio resultó ser un descubrimiento sorprendente y desconcertante para los científicos, que siempre habían creído que las células gliales eran un simple tejido de sostén para las neuronas. Las únicas funciones conocidas de la glía por aquel entonces  como hacer llegar nutrientes a las neuronas y eliminar las células nerviosas muertas y otros residuos  no parecían ser tan importantes.

Uno de los motivos por el que los investigadores habían subestimado a la glía durante tanto tiempo es que no existía ningún indicio de que estas células se comunicaran entre ellas. Las neuronas “hablan” a través de las sinapsis mediante potenciales de acción, impulsos eléctricos que desencadenan una comunicación química entre las neuronas y generan más impulsos en otras neuronas.

Pero las células gliales no pueden generar potenciales de acción. Gracias a los recientes avances que han experimentado las técnicas de imagen, los científicos han descubierto que las células gliales realmente se comunican, pero no por medios eléctricos sino químicos.

Los experimentos que se han realizado en los últimos 5 años han cambiado por completo el panorama: las células gliales no producen descargas eléctricas como las neuronas, pero sí que interfieren en la comunicación entre neuronas y en sus procesos de computación. Esto es así porque se ha observado que hay células gliales que actúan como moduladoras de las sinapsis, los lugares en los que dos neuronas se pasan información. Muchas sinapsis, en vez de ser un diálogo entre dos neuronas, realmente son un menage a trois, en donde las neuronas hablan entre sí y una célula glial actúa como moderadora de la charla. Precisamente por esto ahora se piensa que las células gliales pueden ser tan importantes como las neuronas para la producción del los procesos cognitivos y la emergencia de la consciencia.

Los últimos estudios indican que la glía desempeña un papel vital en las comunicaciones de las células cerebrales, y quizá también en el desarrollo de la inteligencia humana.

Entre los frutos de la investigación en este campo están :

* Un mayor conocimiento de cómo las células del cerebro se comunican entre sí y procesan la información.
* Una nueva perspectiva sobre el desarrollo cerebral.
* Nuevos enfoques para el tratamiento de trastornos neurológicos como el dolor crónico.

Ahora sabemos que las células gliales son elementos muy dinámicos, enormemente versátiles e imprescindibles para que las neuronas realicen su función. La idea en la actualidad es que las células gliales son las compañeras imprescindibles de las neuronas.

Glía. Esta palabra es derivada de la griega bizantina glia  y significa "unión" o "pegamento" ya que, clásicamente, se considera que las gliales son células del sistema nervioso que realizan, sobre todo, una función de soporte de las neuronas, además de intervenir activamente en el procesamiento cerebral de la información en el organismo.

Las células gliales son una especie de células nodrizas donde van apoyadas las neuronas, que se encargan de protegerlas y de regular su funcionamiento en el cerebro. Las células de la glía abundan en el cerebro. En el caso de la corteza humana, dispone de diez células gliales por cada neurona.

Funciones de las neuroglias

* Dar soporte a las neuronas y garantizar su ubicación.
* Mantener la unidad entre las neuronas.
* Nutrir las neuronas con oxígeno y otros elementos.
* Eliminar las neuronas muertas y reparar cualquier lesión.
* Destruir cualquier agente patógeno que ataque el sistema nervioso.
* Promover la comunicación eléctrica entre las sinapsis nerviosas.


Tipos de células gliales

Se conocen seis tipos de células gliales, pero solo 4 se ubican en el sistema nervioso central, y tienen una importancia crucial para su adecuado funcionamiento:

Oligodendrocitos

Sostienen el sistema nervioso, pero también son las encargadas de producir la mielina, sustancia aislante que rodea el axón favoreciendo la transmisión del impulso eléctrico.

Las células precursoras de los oligodendrocitos (CPO) son especialmente activas. Con el tiempo pueden madurar y convertirse en oligodendrocitos que envuelven los axones formando las cubiertas aislantes de mielina.

Las CPO establecen sinapsis con las neuronas y cambian su propio comportamiento en función de las señales eléctricas que reciben de ellas. La comunicación entre CPO y oligodendrocitos va en los dos sentidos y alcanza a otras neuronas. Los oligodendrocitos y las neuronas están acoplados metabólicamente, intercambiando materiales como lactato que permite obtener energía.

Además los oligodendrocitos producen factores neuromoduladores que ajustan la comunicación entre las neuronas.

Astrocitos

Regulan el intercambio de nutrientes entre las venas y las neuronas.

Intervienen en funciones muy diversas :

* Unidad neurovascular. Los astrocitos envuelven perfectamente los vasos sanguíneos haciendo que todo lo que salga de la sangre hacia el tejido nervioso tenga que pasar a través de ellos. Así, si llega una sustancia tóxica la pararán evitando que haga daño a las neuronas y asegurando una correcta homeostasis en el cerebro. También modulan el propio flujo sanguíneo en función de los niveles de oxígeno y CO2. La glía es imprescindible para respirar. Si tenemos poco oxígeno y mucho CO2, baja el pH en la sangre. Si el pH sube en vez de bajar, el ritmo de respiración se hace más lento.

* Acoplamiento metabólico. Los astrocitos tienen transportadores de glucosa y son las únicas células capaces de almacenar energía en el cerebro adulto, en forma de glucógeno. Estos depósitos energéticos se movilizan mediante señales neuroactivas. Tras las señales adecuadas, los astrocitos liberan lactato que es aprovechado por las neuronas.

* Participación en la plasticidad. Los astrocitos regulan la plasticidad sináptica y se encargan de la eliminación de sinapsis inoperantes o superfluas y de la formación de nuevos contactos, cambiando las conexiones cerebrales todos los días, durante toda la vida. Participan también en funciones cognitivas superiores como el aprendizaje y la memoria.

* Gliotransmisión. Los astrocitos presentan numerosos receptores y canales iónicos similares a los de las neuronas. Pueden también liberar neurotransmisores, eliminarlos de la sinapsis y controlar cuanto transmisor liberará una neurona en el futuro.

* Función neurotrófica. Los astrocitos fabrican y liberan muchos factores tróficos necesarios para la supervivencia de las neuronas, y otros factores de crecimiento que modulan la transmisión sináptica y la plasticidad. Esto tiene efecto en la cognición y en los comportamientos asociados al estado de ánimo.

* Respuesta a la lesión. Tras un daño cerebral, los astrocitos se convierten en reactivos, modifican su morfología y cambian su expresión de genes. Pueden luchar también contra patógenos modificando la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y secretar citoquinas que atraen a células inmunitarias desde la circulación sanguínea para luchar contra el daño cerebral.

También intervienen en la modulación y la recaptación de los neurotransmisores y parcelan la sustancia gris en compartimentos funcionales. La red de micro-dominios delimitada por los astrocitos regula la actividad neuronal y el flujo sanguíneo generando una coordinación marcada por la glía.

Por último, los astrocitos establecen un contacto estrecho con los lugares de comunicación entre dos neuronas  sinapsis  y, además, poseen una comunicación inmediata con los vasos sanguíneos. Incluso coordinan la actividad de las neuronas de distintas áreas cerebrales.

Células ependimarias

Revisten los ventrículos del cerebro y la médula espinal. Forman una capa única de células cúbicas o cilíndricas y poseen micro-vellosidades  y cilios. Los cilios a menudo son móviles y sus movimientos contribuyen al flujo del liquido cefalorraquídeo.

Microglías

Son las encargadas de rastrear cualquier agente patógeno o lesión del tejido cerebral. Es el principal sistema de retirada de basura del cerebro.

Estas células gliales se encargan de eliminar el exceso de fluido, retirar y digerir las células muertas y eliminar cualquier resto celular que pueda alterar el funcionamiento normal del cerebro. La microglía patrulla por el cerebro pero además elimina acúmulos de beta amiloide y otras proteínas asociadas con la enfermedad de Alzheimer. La microglía también interviene en el podado de conexiones sinápticas que se producen en el desarrollo cerebral.


Trabajo en colectivo de las células gliales

Como equipo, las células gliales son las reguladores de los distintos procesos que operan en el organismo, de modo que exista un equilibrio constante en el cuerpo llamado homeostasia. Puede ser, por ejemplo, la regulación de la temperatura corporal o de distintos mecanismos metabólicos. Para ello cuentan con una característica que las distingue de sus protegidas las neuronas: después de su madurez, estas células pueden dividirse.


Científicos reconsideran papel de las células glías en el cerebro

Científicos del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo Humano, en Bethesda, en un artículo de revisión sobre la glía publicado en Science en octubre 2002, explican las diferentes funciones del glía.

La glía contribuye al proceso de información en el cerebro detectando la descarga de las neuronas y comunicándose entre ellas para, a su vez, regular la actividad neuronal.

La nueva conciencia sobre la importancia de las células gliales se ha desarrollado, en parte, debido a nuevos métodos de radiografía por imágenes que permiten a los científicos observar las señales químicas que la glía usa para comunicarse, entre ellas mismas y con las neuronas.

La glía y las neuronas operan en formas diferentes. Aunque a menudo se comparan las señales eléctricas de las neuronas con las que tienen lugar en las líneas telefónicas, la glía se comunica por medio de señales químicas, que son mucho más lentas.

Entre las numerosas funciones de la glía, están las de regular la intensidad de las conexiones inter neuronales llamadas sinapsis.

Pero la glía también puede detectar señales eléctricas de otras partes del cerebro, además de las sinapsis. Estas señales son particularmente importantes para regular el desarrollo glial en la vida fetal y posnatal temprana.

Los mensajes también controlan la actividad de la glía que forma la mielina, el aislante que protege las fibras nerviosas.

La comunicación entre las neuronas y las células gliales podría formar parte de las actividades cerebrales que suceden en un período relativamente largo de tiempo. Esto sería importante en aquellos procesos como el desarrollo del sistema nervioso, la formación de las sinapsis, la migraña, la depresión, el aprendizaje y la memoria.

Esta comunicación podría también estar presente en la forma en que el cerebro responde al daño, a la enfermedad y al dolor crónico.


Importancia de la glía radial en el metabolismo energético cerebral

El investigador Zhen Huang, de la Universidad de Wisconsin-Madison en un estudio publicado en 2012 en PLoS Biology, descubrió que un grupo de células pluripotentes del cerebro, la glía radial, se encargan de estabilizar las redes de vasos sanguíneos al comienzo de su desarrollo.

El cerebro es muy voraz. En comparación con otros órganos, consume diez veces más oxígeno y nutrientes, los cuales recibe gracias a tupidas redes de vasos sanguíneos.

La glía radial consta de células madre que facilitan el crecimiento y la migración de neuronas a través del cerebro. Cuando Zhen Huang eliminó en ratones cierto gen, impidiendo por este medio la regeneración de la glía radial, observó la regresión de los vasos sanguíneos. Los múridos carentes de ese gen no solo desarrollaron menos glía radial, sino que la densidad de vascularización en su corteza cerebral se desplomó en un 83 por ciento.

Huang halló que la pérdida de células gliales provocaba un aumento de actividad en la ruta bioquímica Wnt  serie de reacciones químicas . Experimentos adicionales demostraron que la elevación de Wnt en embriones sanos de ratón provocaba el colapso de sus redes vasculares cerebrales, mientras que, al reducir la Wnt, tales redes se conservaban.

Estos descubrimientos sugieren que la glía radial — así como su cuidadoso control sobre Wnt — podrían revestir importancia para asegurar un metabolismo energético cerebral sano y prevenir la neurodegeneración.

Este hallazgo pudiera entrañar importantes consecuencias para entender la enfermedad de Alzheimer, una patología neurodegenerativa que se caracteriza, entre otros fenómenos, por abundantes problemas vasculares que afectan a la totalidad del encéfalo.


Descubren que las neuronas “escuchan” a las células gliales

Una clase de células gliales
 (en verde)influyen en la señalización
 sináptica entre neuronas (enrojo)
 integradas enla red neuronal
Una investigación realizada por científicos de la Universidad Johannes Gutenberg (Alemania) publicada en Plos en 2014, ha revelado la existencia en el cerebro de una vía de señalización, que era desconocida, a través de la cual las neuronas reciben mensajes de ciertas células gliales y modifican su conducta a raíz de la información contenida en ellos. El hallazgo demuestra que las células gliales son capaces de “hacerse escuchar” por las neuronas e incluso de influir sobre su conducta.

Ya se sabía que ciertas células gliales reciben información procedente de las neuronas. Sin embargo, se desconocía que estas mismas células gliales la transmiten también hacia las neuronas.

Estas células gliales liberan un fragmento específico de proteína que influye en la actividad de las neuronas comunicándose entre ellas, probablemente al enlazarse a los contactos sinápticos que las neuronas usan para la comunicación. La regulación de este flujo de información efectuada por las células gliales resulta en la aparición de cambios en la red neural, por ejemplo, durante los procesos de aprendizaje.


La glía desencadena la eliminación de las sinapsis durante el desarrollo neuronal

En un trabajo llevado a cabo por el equipo del Laboratorio de Neurobiología Celular y Molecular de la Universidad de Barcelona y del Instituto de investigación biomédica Bellvitge (IDIBELL), publicado en la revista Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) en octubre 2015, se muestra cómo una proteína segregada por la glía es un desencadenante para la eliminación de las sinapsis en este proceso.

Durante los primeros estadios del desarrollo se produce un fenómeno de poli-inervación durante el que se crea un gran número de sinapsis. Posteriormente, los circuitos neuronales requieren de un proceso de eliminación del exceso de conectividad para adquirir una completa funcionalidad.

La proteína SPARC es el desencadenante
en la eliminación de sinapsis en el
proceso de poda sináptica
La eliminación del exceso de contactos sinápticos tiene lugar en los estadios iniciales de desarrollo neuronal y es necesaria para refinar la función de los circuitos neuronales. Para adquirir una buena funcionalidad neuronal se deben crear las conexiones correctas, tanto en número como en ubicación: un mayor número de sinapsis no siempre mejora la funcionalidad. Por lo tanto, conocer los mecanismos, tanto de la creación como de la eliminación de sinapsis, puede ser útil para tratar aquellas enfermedades en las que se da una mala conectividad.

La poda sináptica. La proteína SPARC secretada ácida y rica en cisteína  se ha identificado en este trabajo como un desencadenante de la eliminación de sinapsis en el proceso de poda sináptica. Las neuronas responden a la presencia de altas concentraciones de esta proteína iniciando un proceso autónomo de eliminación sináptica.

La glía secreta muchas más moléculas, y por tanto, SPARC podría ser el primer componente de un grupo más extenso de proteínas capaces de iniciar el proceso de poda sináptica. Esta investigación destaca el papel relevante de la glía en el proceso sináptico, hasta ahora desconocido.



Suministro energético del cerebro y flujo de información

Científicos del University College of London en un proyecto financiado por la Unión Europea “Quantifying control of brain energy supply by the neuron-glia-vasculature unit” (BRAINENERGYCONTROL) en febrero 2015, investigaron la relación entre el flujo de información en los circuitos neuronales y el tráfico de metabolitos entre neuronas y células de la glía. Para tal fin los investigadores combinaron modelización matemática con experimentos de monitorización in vitro.

A diferencia de otros tejidos, un complejo flujo de información regula el suministro de sangre entre las células del cerebro. Determinar los mecanismos que subyacen al acoplamiento del suministro energético del cerebro para el uso de energía es esencial para comprender los mecanismos de las alteraciones neuropsiquiátricas.

En muchas alteraciones neurológicas como la depresión, la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia se detectan alteraciones de la función neurometabólica.

Uno de los descubrimientos más importantes del proyecto demostró que una transmisión eficaz de información en una sinapsis ante la presencia de ruido requiere una baja probabilidad de liberación de neurotransmisores en las sinapsis. Esta es la mejor vía para maximizar la información transmitida por coste metabólico.

Esto explicaría por qué las sinapsis no son eficaces, un fenómeno poco conocido hasta el momento y por el cual las neuronas a menudo liberan neurotransmisores solo el 25 % de las veces que llega el potencial de acción pre-sináptico.

Experimentos mostraron que la amplitud del potencial post-sináptico está configurada para maximizar la proporción de información transmitida en relación con el consumo de energía post-sináptica. Estos resultados sugieren la existencia de un mecanismo homeostático que regula tanto el consumo energético como la transferencia de energía en las sinapsis.

Los resultados del proyecto mejoran la comprensión del uso de energía en el cerebro dedicada a tareas independientes de señalización.

En conjunto, el trabajo del proyecto BRAINENERGYCONTROL proporcionó un modelo de las interacciones metabólicas de la unidad vascular neurona-glía. Este modelo constituye una base para efectuar simulaciones a gran escala de este complejo neurovascular y, por primera vez, integra las respectivas escalas de tiempo en las que tiene lugar el metabolismo energético y la excitabilidad neuronal.


Las células gliales también influyen en la formación de la memoria

Investigadores de la Universidad de Rochester en Nueva York en un estudio publicado en Cell Stem, muestran cómo las células gliales también influyen en la formación de la memoria e incluso el desarrollo de una mayor inteligencia.

Los investigadores han conseguido implantar células madre humanas en el cerebro de ratones recién nacidos. Concretamente han trasplantado células progenitoras que tienen la capacidad de transformarse en diversos tipos de células gliales. A los seis meses de nacer, estos ratones habían recibido sin problemas la “transfusión” de células humanas, las habían aceptado como propias y habían desarrollado millones de astrocitos a partir de ellas.

A estos ratones con células gliales se les sometió a diversos test de inteligencia y memoria y los superaron mucho mejor que otros ratones normales. Se les puso a prueba en laberintos, en botones con una pequeña descarga eléctrica. Los ratones con las células gliales humanas aprendían más, recordaban mejor y realizaban las pruebas con más habilidad que el resto.

Además de contribuir a la formación y eliminación de las sinapsis, la glía puede estar implicada de manera más directa en otras funciones cerebrales como el aprendizaje. Algunos tipos de células gliales envuelven a los axones  los “cables” que conectan a las neuronas  formando una capa aislante denominada mielina. Cuando los animales crecen en un entorno que estimula el aprendizaje aumenta el grado de mielinización, por lo que las células gliales podrían estar contribuyendo activamente al aprendizaje.


Nueva esperanza para los pacientes con esclerosis múltiple

Científicos de la Escuela de la Universidad George Washington de Medicina y Ciencias de la Salud, en un estudio publicado en la revista Neuron en 2014, anunciaron que habían identificado una molécula clave que participa en el desarrollo de la esclerosis múltiple. El descubrimiento de esta molécula prometedora podría conducir al desarrollo de una nueva terapia eficaz.

La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmune caracterizada por una destrucción progresiva de las neuronas. Esta enfermedad del sistema nervioso se caracteriza por la pérdida progresiva de la mielina. Esta sustancia está alrededor de los nervios y asegura la transmisión rápida del sistema nervioso.

Los oligodendrocitos presentes en el sistema nervioso fabrican y reparan la vaina de mielina cuando es degradada o destruida. Sin embargo, en las personas con esclerosis múltiple, no se cumple esta función.

Los investigadores realizaron una serie de pruebas en un ratón, mejorando el crecimiento de estas células. Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque y se centraron especialmente en los astrocitos.

Observaron una activación significativa de la expresión del gen. Mediante práctica bioquímica, neurológica y genética en ratones, descubrieron que esta proteína inhibe los procesos regenerativos espontáneos para la producción de nuevas capas de mielina en el sistema nervioso. Más sencillamente: impide que los oligodendrocitos hagan su trabajo y reparen las vainas de mielina dañadas por la enfermedad. Sin embargo, al bloquear su acción, los científicos fueron capaces de restaurar la reparación de la mielina y el paso de los impulsos nerviosos en ratones.


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Al entender el cómo y el por qué se comunican las células gliales, los científicos se están replanteando el modo de funcionamiento del cerebro y la forma de tratarlo cuando algo no funciona correctamente. La glía se ha relacionado con diversos trastornos neurológicos como la dislexia, el autismo, la tartamudez, la sordera tonal, el dolor crónico, la epilepsia, los trastornos del sueño e incluso la mentira patológica.

Las neuronas y la glía establecen una relación simbiótica y se necesitan las unas a las otras para su correcto funcionamiento. Su estudio debe hacerse en paralelo, sin obviar a ninguna de las partes. La investigación sobre la glía que tendrá lugar en los años venideros ayudará a despejar otras incógnitas sobre el papel en el cerebro de estas células y resolverá muchas preguntas que aún en pleno siglo XXI siguen sin tener respuesta como ¿por qué en el ser humano los astrocitos son más grandes, complejos y envuelven más sinapsis que los de cualquier otra especie animal? ¿Cómo contribuye la glía a los diversos procesos patológicos cerebrales? ¿Qué sentido tienen las redes de comunicación que se establecen entre ellas y las neuronas?


Es de esperar que a medida que la investigación sobre la glía progrese, estas células del cerebro, hasta hoy no tan conocidas y quizá una de las causas del genio de Einstein, sigan dando grandes titulares.

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