¿Y si sabemos menos del cerebro de lo que parece? Durante siglos, los científicos han considerado al cerebro como un órgano único y unificado. Sin embargo, parece que no es del todo así. Una investigación publicada esta semana en Nature, referencia de la mejor ciencia del mundo, revela que lo que llamamos cerebro son, en realidad, dos órganos distintos que evolucionaron de forma independiente a lo largo de cientos de millones de años.
“Hemos demostrado que la parte frontal del cerebro se origina a partir de una célula progenitora totalmente diferente a la de la parte posterior”, explicó, citado en una nota de prensa, Kyle Loh , doctor en biología del desarrollo y profesor asociado en Stanford Medicine. “Nuestro descubrimiento significa que ahora podemos cultivar neuronas de la parte posterior del cerebro, el rombencéfalo, en una placa de Petri y estudiar sus funciones”.
Para entender eso que dice Loh, hay que comprender un par de cosas adicionales. En la nota de prensa, el equipo de investigación explica que el cerebro adulto tiene tres regiones principales: el prosencéfalo, el mesencéfalo y el rombencéfalo. El prosencéfalo se encarga del pensamiento de nivel superior: el lenguaje, la conciencia y el razonamiento abstracto. En cambio, el rombencéfalo, situado en la parte posterior del cráneo y a menudo llamado tronco encefálico, controla funciones automáticas esenciales para la supervivencia: la respiración, el sueño y la regulación del ritmo cardíaco y del hambre.
Las neuronas del rombencéfalo también controlan los músculos de la cara, la lengua y la garganta, lo que influye en el habla y la deglución.
Durante muchos años, creímos que todas estas regiones del cerebro podían rastrearse hasta una misma población inicial de células progenitoras (células que todavía no están especializadas y que pueden convertirse en distintos tipos de células del cerebro). Pero el nuevo estudio plantea que la historia es más compleja. Los investigadores siguieron el destino de las células durante el desarrollo de embriones de ratón.
Encontraron que, desde una etapa muy temprana llamada gastrulación, aparecen dos poblaciones de células precursoras del sistema nervioso: una destinada a formar el prosencéfalo y el mesencéfalo, y otra que dará origen al rombencéfalo. Es decir, no encontraron una única población de células que después se repartiera para construir todo el cerebro, sino dos rutas que comienzan a diferenciarse desde muy temprano.
Después llevaron esa pregunta al laboratorio. Utilizaron células madre pluripotentes humanas (que son células capaces de convertirse en distintos tipos de células del organismo) y las dirigieron hacia uno u otro de esos dos destinos. El resultado, señalan en el estudio, fue consistente con lo que habían observado en los embriones de ratón: las células encaminadas hacia la ruta anterior adquirieron características de células del prosencéfalo y del mesencéfalo, mientras que las de la ruta posterior adquirieron características del rombencéfalo.
Al comparar el desarrollo de distintos animales, los autores encontraron indicios de que estas dos rutas (una anterior y otra posterior) podrían ser muy antiguas. Los autores plantean que este esquema podría haberse conservado durante unos 550 millones de años de evolución, desde los hemicordados hasta los mamíferos. "Nuestra investigación sugiere que la evolución tomó dos sistemas neuronales preexistentes y los unió espacialmente”, señaló Loh. “Tener el cerebro como un solo órgano probablemente sería más eficiente, pero dependemos de esta forma primigenia de crear el cerebro como dos partes separadas”. "Me sorprendieron nuestros hallazgos porque la palabra "cerebro" implica un órgano continuo que probablemente tenga un origen único. Pero incluso hace 500 millones de años, existían estos sistemas neuronales separados, que ahora casi funcionan como uno solo, lo cual es fascinante".
Sorpresas sobre la evolución del cerebro
Lo que sugiere la investigación puede ser importante por las posibilidades que abre. A pesar de la importancia del rombencéfalo, cuyas neuronas participan, entre otras funciones, en el control de los músculos de la cara, la lengua y la garganta, los científicos han tenido dificultades para generar en el laboratorio determinados tipos de neuronas de esta región del cerebro humano. Y no tenerlas ha hecho difícil estudiar enfermedades como la atrofia muscular espinal y la esclerosis lateral amiotrófica. La primera es una de las principales causas genéticas de muerte en niños menores de un año.
Y la segunda suele diagnosticarse entre los 40 y los 70 años. En ambas, explican los autores, ciertas neuronas del rombencéfalo dejan de funcionar gradualmente y el paciente pierde la capacidad de tragar, lo que puede provocar neumonía al inhalar alimentos o líquidos; finalmente, los pacientes pierden la capacidad de respirar. “Los intentos anteriores de crear neuronas del rombencéfalo probablemente trataron de inducir la diferenciación de progenitores del prosencéfalo y del mesencéfalo hacia células del rombencéfalo, algo que nuestro estudio demuestra que no es posible”, explica Jokhai.
Es decir, los investigadores estaban intentando llegar a esas neuronas partiendo del lugar equivocado.
Si las células que dan origen al prosencéfalo y al mesencéfalo pertenecen a una línea de desarrollo diferente de la que produce el rombencéfalo, como sugiere la investigación, no basta entonces con tomar unas células y tratar de “empujarlas” para que cambien de destino. Para obtener neuronas del rombencéfalo hay que partir, desde el comienzo, de los progenitores que están destinados a formar esa región.
En este estudio, los investigadores lograron producir neuronas motoras específicas del rombencéfalo.
“Ahora contamos con un modelo para comprender mejor estas enfermedades devastadoras y trabajar en el desarrollo de terapias regenerativas para combatirlas”, afirmó Jokhai. “Esta es una nueva y prometedora frontera en la investigación cerebral”. Los investigadores quisieran ampliar sus estudios para determinar los orígenes del desarrollo de la médula espinal y para comprender con exactitud cómo la atrofia muscular espinal (AME) y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) comprometen la función de las neuronas del rombencéfalo.
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