El restablecimiento cerebral tras la pérdida de neuronas

El objetivo de este proyecto es diseñar cultivos neuronales modelo que repliquen la estructura y la dinámica de regiones cerebrales / UB

¿Cómo recuperan las redes neuronales su función tras una pérdida de neuronas?

 

Un equipo de investigación interdisciplinario liderado por expertos de la UB ha desarrollado una nueva herramienta experimental que permite producir un daño en una zona concreta de una red neuronal in vitro de pocos milímetros y registrar los efectos que tiene en la red entera.

 

UB / El objetivo de este experimento es entender los mecanismos de respuesta que se producen en los circuitos neuronales del cerebro y que evitan una propagación general del daño, al tiempo que restituyen la funcionalidad de los circuitos afectados. Una de las conclusiones principales de la investigación es que la red activa rápidamente mecanismos de autorregulación que refuerzan las conexiones existentes y restituyen la operatividad del circuito.

Una de las conclusiones es que la red activa rápidamente mecanismos de autorregulación que refuerzan las conexiones existentes y restituyen la operatividad del circuito

El estudio, publicado en la revista eNEURO y liderado por Jordi Soriano, investigador del Instituto de Sistemas Complejos de la UB (UBICS), se enmarca en una colaboración interdisciplinaria entre el UBICS, del Instituto de Neurociencias de la UB (UBNeuro), el Instituto de Ciencias Fotónicas y la Universidad Rovira i Virgili.

Según explica Soriano, el experimento muestra la gran capacidad de las redes neuronales para «autorregularse y remodelarse en respuesta a cambios repentinos o alteraciones graves». También es un buen ejemplo de «la importancia de modelar redes neuronales como sistemas complejos, en los que el conjunto es mucho más rico que la suma de las partes», añade.

El cerebro, y en general las redes neuronales biológicas, tienen mecanismos de respuesta contra la pérdida de neuronas debida a daños o enfermedades. En accidentes vasculares cerebrales, por ejemplo, la pérdida de irrigación sanguínea provoca la muerte de un grupo focalizado de neuronas y una alteración de la función de los circuitos neuronales dañados. A su vez, ello altera la función de los circuitos vecinos, y potencialmente se puede iniciar una avalancha de deterioro.

El cerebro, y en general las redes neuronales biológicas, tienen mecanismos de respuesta contra la pérdida de neuronas debida a daños o enfermedades

Entender cómo actúan estos mecanismos a nivel de red es muy complicado, tanto por el tamaño del cerebro como por la dificultad intrínseca de seguir en detalle la evolución de un gran número de neuronas antes y después del daño. Esta dificultad se puede superar mediante el diseño de modelos in vitro como el que proponen los investigadores.

El experimento ha consistido en registrar primero la actividad de toda la red neuronal para establecer cuál es su funcionalidad característica. Luego, con un láser de alta potencia se ha eliminado de manera precisa un grupo de neuronas y, a continuación, se ha vuelto a registrar la red en detalle para seguir su desarrollo a lo largo del tiempo.
Los investigadores han observado que el grupo de neuronas más próximo a la zona afectada pierde actividad de forma inmediata, pero que la va recuperando paulatinamente gracias a la acción de toda la red.

La red actúa reforzando las conexiones existentes, reconduciendo el flujo de estímulos neuronales hacia los vecinos inmediatos de la zona afectada

«Sorprendentemente, en solo quince minutos, este grupo alcanza niveles de actividad similares a los que tenía antes del daño, a pesar de haber perdido irreversiblemente un número significativo de impulsos provenientes de la zona afectada», explica Soriano. «Como en quince minutos no hay tiempo para establecer conexiones nuevas —detalla el investigador—, concluimos que la red actúa reforzando las conexiones existentes, reconduciendo el flujo de estímulos neuronales hacia los vecinos inmediatos de la zona afectada, evitando su deterioro y, por tanto, un colapso progresivo de la red en forma de avalancha».

El estudio, además, corrobora la importancia de los modelos in vitro como herramienta complementaria para entender la complejidad del cerebro y sus alteraciones. En ese contexto, esta investigación se integra dentro del proyecto europeo MESO-BRAIN, en el que también participa Jordi Soriano. El objetivo de este proyecto es diseñar cultivos neuronales modelo que repliquen la estructura y la dinámica de regiones cerebrales, con el fin de estudiar de forma controlada la acción de fármacos o terapias genéticas para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas.

Referencia bibliográfica: 
S. Teller, E. Estévez-Priego, C. Granell, D. Tornero, J. Andilla, O. E. Olarte, P. Loza-Álvarez, A. Arenas y J. Soriano. «Spontaneous functional recovery after focal damage in neuronal cultures». eNeuro, febrero de 2020. Doi: https://doi.org/10.1523/ENEURO.0254-19.2019

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