Los científicos del Instituto de Investigación Virginia Tech Carilion resolvieron un misterio del cerebro de 125 años y, en el proceso, descubrieron un posible tratamiento para la epilepsia adquirida.
Desde 1893, los científicos han sabido acerca de estructuras enigmáticas llamadas redes perineuronales envueltas alrededor de las neuronas, pero la función de las redes sigue siendo esquiva.
Ahora, un equipo de investigación dirigido por Harald Sontheimer, director del Centro VTCRI para Biología Glial en Salud, Enfermedades y Cáncer y el director ejecutivo de la Escuela de Neurociencia, parte de la Escuela de Ciencias de Virginia Tech, ha determinado las redes modulares. Impulsos eléctricos en el cerebro. Es más, las convulsiones cerebrales pueden ocurrir si las redes se disuelven.
El descubrimiento, publicado hoy en Nature Communications, tiene implicaciones en varias formas de epilepsia adquirida, un tipo de trastorno convulsivo que resulta de lesiones cerebrales causadas por traumas, infecciones o tumores en el cerebro.
«Comenzamos por investigar la epilepsia asociada a tumores y accidentalmente aprendimos otra cosa importante acerca de cómo funciona el cerebro en la enfermedad y en la salud», dijo Sontheimer.
Los investigadores hicieron inicialmente su descubrimiento en un modelo de ratón de la epilepsia causada por el cáncer cerebral mortal conocido como glioblastoma, cuyo primer síntoma suele ser una convulsión.
El glioblastoma es el único cáncer cuyo crecimiento está restringido por el espacio. Dado que el cráneo impide que el cáncer se expanda hacia afuera, el tumor produce un neurotransmisor químico excitador llamado glutamato en cantidades excesivas que destruyen las células sanas vecinas para dejar espacio para crecer.
Los investigadores vieron que las células cerebrales dirigidas al glutamato producían un neurotransmisor químico diferente llamado «GABA», que generalmente calma las neuronas al inhibirlas de disparar impulsos eléctricos una vez que se transmiten los mensajes. Sin GABA, el cerebro se excita demasiado y puede aprovechar.
Además del glutamato, el tumor también secreta una enzima que apunta a destruir la matriz extracelular circundante, una sustancia similar a un gel que mantiene las células del cerebro en su lugar. Los glioblastomas son altamente malignos y notoriamente invasivos: la enzima es el cuchillo que corta las ataduras del cáncer y le permite migrar libremente.
«Inesperadamente, también vimos la enzima que ataca las redes perineuronales», dijo Sontheimer, señalando que las redes se encuentran principalmente envueltas alrededor de las neuronas inhibitorias secretoras de GABA, que ayudan a prevenir las convulsiones. «Fue una sorpresa ver este efecto secundario de la actividad de los ataques una vez que las neuronas fueron despojadas de sus redes».
El neurobiólogo italiano Camillo Golgi fue el primero en identificar redes perineuronales en 1893, pero entendió mal su función. Golgi llamó a las redes «corsés» y dijo que probablemente impedían el envío de mensajes entre las neuronas.
Por el contrario, Sontheimer encontró que las redes permitían la mensajería. Las neuronas cubiertas por redes perineuronales tienen una capacidad de membrana reducida o capacidad para almacenar carga eléctrica, lo que significa que pueden disparar un impulso y recargarse hasta el doble de rápido que las neuronas sin red.
Cuando las neuronas inhibitorias pierden repentinamente sus redes perineuronales, los resultados pueden ser catastróficos. Los investigadores aplicaron la enzima a cerebros sin tumores y vieron que, por sí solo, la degradación enzimática de las redes perineuronales era suficiente para inducir ataques, incluso cuando las neuronas permanecían intactas.
«Sin las redes perineuronales, las neuronas inhibitorias se dispararían muy lentamente y, por lo tanto, la inhibición se vuelve muy pequeña, demasiado tarde, y ocurrirá una convulsión, incluso en cerebros sanos», dijo Sontheimer, señalando que la enzima puede devorar una red perineuronal en menos de 30 minutos. «Nadie pensó que estas estructuras tendrían un efecto tan profundo en el funcionamiento de los procesos normales».
Ahora, los investigadores están estudiando cómo las redes perineuronales podrían desempeñar un papel en otras formas de epilepsia adquirida, que puede resultar de una lesión en la cabeza o una infección cerebral. Dicha aclaración podría llevar a los investigadores a descubrir posibles soluciones farmacológicas.
«Es importante destacar que el descubrimiento de que la interrupción inducida por el tumor en las redes perineuronales contribuye a una neurotransmisión inhibitoria desequilibrada sugiere un nuevo objetivo para la intervención terapéutica para controlar las convulsiones asociadas con el tumor», dijo H. Steve White, profesor y director del Departamento de Farmacia en el Escuela de Farmacia de la Universidad de Washington en Seattle, Washington.
White, un reconocido experto en epilepsia e investigación sobre el desarrollo de fármacos anticonvulsivos, no participó en el estudio de Sontheimer.
«Aunque se necesitan estudios adicionales, es probable que los hallazgos reportados por el Dr. Sontheimer y su equipo sean aplicables a otras formas de epilepsia adquirida donde la lesión cerebral está asociada con una mayor respuesta inflamatoria», dijo White, señalando que las implicaciones para el tratamiento y la prevención de la epilepsia es particularmente sorprendente ya que las terapias actuales están dirigidas a controlar las convulsiones. «Si bien el control de los síntomas de la enfermedad es significativo, los resultados de este estudio sugieren un posible camino hacia la modificación del desarrollo.
