Por primera vez se vio la inflamación del cerebro en vivo, ¿para qué sirve?
Este avance permitiría el estudio no invasivo de la inflamación del cerebro en enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer y el párkinson. La investigación se centra en la activación de dos células cerebrales: las microglías y los astrocitos.
Las enfermedades neurodegenerativas tienden a generar una gran discapacidad física, intelectual y social. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), actualmente 50 millones de personas sufren demencia en todo el mundo y se espera que dicha cifra se triplique para 2050. Con estos datos sobre la mesa, no es de extrañar que uno de los retos actuales de la medicina sea paliar los efectos de estas patologías.
Ahora, una investigación conjunta de los laboratorios dirigidos por Silvia de Santis y Santiago Canals, científicos del Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH), ha permitido visualizar por primera vez y con gran detalle la inflamación cerebral utilizando la resonancia magnética ponderada por difusión (dw-MRI). (Puede leer: Nigeria tuvo el brote más grande de viruela de los monos. ¿Qué podríamos aprender de este?)
Esta detallada radiografía no puede obtenerse mediante una resonancia convencional, sino que son necesarias secuencias de adquisición de datos y modelos matemáticos especiales. Así, los investigadores han podido cuantificar las alteraciones en la morfología de las diferentes poblaciones de células implicadas en el proceso inflamatorio cerebral.
Los resultados demuestran que la nueva técnica puede detectar de forma no invasiva y diferenciada la activación de la microglía y los astrocitos, dos tipos de células cerebrales implicadas en la neuroinflamación.
Dicho avance, publicado en la revista Science Advances, podría ser clave para cambiar el rumbo del estudio y tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer, el párkinson y la esclerosis múltiple.
Los inconvenientes de la técnica actual
En general, hay una carencia de enfoques no invasivos capaces de caracterizar específicamente la inflamación cerebral in vivo. El estándar actual es la tomografía por emisión de positrones (PET), pero es difícil de generalizar y se asocia con la exposición a la radiación ionizante. En consecuencia, su uso está limitado en poblaciones vulnerables y en estudios longitudinales. (Le puede interesar: Bill Gates advierte que “la pandemia aún no ha terminado”)
Otro inconveniente de la PET es su baja resolución espacial, ya que esto la hace inadecuada para obtener imágenes de estructuras pequeñas. Además, los radiotrazadores específicos de la inflamación se expresan en múltiples tipos de células (microglía, astrocitos y endotelio), lo que impide diferenciarlas.
Una estrategia innovadora
Frente a estos inconvenientes, la resonancia magnética ponderada por difusión (dw-MRI) puede obtener imágenes de la microestructura cerebral ‘in vivo’ de forma no invasiva y con alta resolución. Esta técnica captura el movimiento aleatorio de las moléculas de agua en el parénquima cerebral para generar contraste en las imágenes de resonancia magnética.
“Es la primera vez que se demuestra que la señal de este tipo de resonancia magnética puede detectar la activación microglial y astrocitaria, con huellas específicas para cada población de células. Esta estrategia refleja los cambios morfológicos validados post mortem por inmunohistoquímica cuantitativa”, señalan los investigadores. (También puede leer: Día de la Higiene Menstrual: el panorama mundial sobre la “licencia menstrual”)
También han demostrado que la dw-MRI es sensible y específica para detectar la inflamación con y sin neurodegeneración, por lo que ambas condiciones pueden ser diferenciadas. Además, permite discriminar entre la inflamación y la desmielinización característica de la esclerosis múltiple.
Este trabajo ha logrado asimismo demostrar el valor traslacional del enfoque utilizado en un grupo de humanos sanos a alta resolución, “en la que realizamos un análisis de reproducibilidad. La asociación significativa con patrones de densidad de microglía conocidos apoya la utilidad del método para generar biomarcadores fiables”, destaca De Santis.
“Creemos que caracterizar aspectos relevantes de la microestructura de los tejidos durante la inflamación puede impactar en nuestra comprensión del estudio de muchas afecciones cerebrales y transformar el diagnóstico y el seguimiento actual del tratamiento”, concluye.
¿Cómo se ha llevado a cabo el estudio?
Para validar el modelo, los investigadores han utilizado un paradigma de inflamación en ratas a través de la administración intracerebral de lipopolisacáridos (LPS). Con ello, se preserva la viabilidad y la morfología neuronal mientras que se induce primero una activación de la microglía y, de manera retardada, una respuesta de los astrocitos. (Puede interesarle: El acceso a medicamentos es un tema vital. ¿Qué proponen los candidatos?)
Esta secuencia temporal de eventos celulares permite que las respuestas gliales puedan ser disociadas transitoriamente de la degeneración neuronal, y la firma de la microglía reactiva investigada independientemente de la astrogliosis.
Para aislar la huella de la activación astrocitaria, los investigadores repitieron el experimento tratando previamente a los animales con un inhibidor que anula temporalmente alrededor del 90 % de la microglía. Posteriormente, con un paradigma establecido de daño neuronal, comprobaron si el modelo era capaz de desentrañar las huellas neuroinflamatorias con y sin una neurodegeneración concomitante.
“Esto es fundamental para demostrar la utilidad de nuestro enfoque como plataforma para el descubrimiento de biomarcadores del estado inflamatorio en las enfermedades neurodegenerativas, donde tanto la activación de la glía como el daño neuronal son actores clave”, aclaran.
Por último, los investigadores utilizaron un paradigma establecido de desmielinización, basado en la administración focal de lisolecitina, para demostrar que los biomarcadores desarrollados no reflejan las alteraciones del tejido que se encuentran frecuentemente en los trastornos cerebrales.
Las enfermedades neurodegenerativas tienden a generar una gran discapacidad física, intelectual y social. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), actualmente 50 millones de personas sufren demencia en todo el mundo y se espera que dicha cifra se triplique para 2050. Con estos datos sobre la mesa, no es de extrañar que uno de los retos actuales de la medicina sea paliar los efectos de estas patologías.
Ahora, una investigación conjunta de los laboratorios dirigidos por Silvia de Santis y Santiago Canals, científicos del Instituto de Neurociencias de Alicante (CSIC-UMH), ha permitido visualizar por primera vez y con gran detalle la inflamación cerebral utilizando la resonancia magnética ponderada por difusión (dw-MRI). (Puede leer: Nigeria tuvo el brote más grande de viruela de los monos. ¿Qué podríamos aprender de este?)
Esta detallada radiografía no puede obtenerse mediante una resonancia convencional, sino que son necesarias secuencias de adquisición de datos y modelos matemáticos especiales. Así, los investigadores han podido cuantificar las alteraciones en la morfología de las diferentes poblaciones de células implicadas en el proceso inflamatorio cerebral.
Los resultados demuestran que la nueva técnica puede detectar de forma no invasiva y diferenciada la activación de la microglía y los astrocitos, dos tipos de células cerebrales implicadas en la neuroinflamación.
Dicho avance, publicado en la revista Science Advances, podría ser clave para cambiar el rumbo del estudio y tratamiento de enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer, el párkinson y la esclerosis múltiple.
Los inconvenientes de la técnica actual
En general, hay una carencia de enfoques no invasivos capaces de caracterizar específicamente la inflamación cerebral in vivo. El estándar actual es la tomografía por emisión de positrones (PET), pero es difícil de generalizar y se asocia con la exposición a la radiación ionizante. En consecuencia, su uso está limitado en poblaciones vulnerables y en estudios longitudinales. (Le puede interesar: Bill Gates advierte que “la pandemia aún no ha terminado”)
Otro inconveniente de la PET es su baja resolución espacial, ya que esto la hace inadecuada para obtener imágenes de estructuras pequeñas. Además, los radiotrazadores específicos de la inflamación se expresan en múltiples tipos de células (microglía, astrocitos y endotelio), lo que impide diferenciarlas.
Una estrategia innovadora
Frente a estos inconvenientes, la resonancia magnética ponderada por difusión (dw-MRI) puede obtener imágenes de la microestructura cerebral ‘in vivo’ de forma no invasiva y con alta resolución. Esta técnica captura el movimiento aleatorio de las moléculas de agua en el parénquima cerebral para generar contraste en las imágenes de resonancia magnética.
“Es la primera vez que se demuestra que la señal de este tipo de resonancia magnética puede detectar la activación microglial y astrocitaria, con huellas específicas para cada población de células. Esta estrategia refleja los cambios morfológicos validados post mortem por inmunohistoquímica cuantitativa”, señalan los investigadores. (También puede leer: Día de la Higiene Menstrual: el panorama mundial sobre la “licencia menstrual”)
También han demostrado que la dw-MRI es sensible y específica para detectar la inflamación con y sin neurodegeneración, por lo que ambas condiciones pueden ser diferenciadas. Además, permite discriminar entre la inflamación y la desmielinización característica de la esclerosis múltiple.
Este trabajo ha logrado asimismo demostrar el valor traslacional del enfoque utilizado en un grupo de humanos sanos a alta resolución, “en la que realizamos un análisis de reproducibilidad. La asociación significativa con patrones de densidad de microglía conocidos apoya la utilidad del método para generar biomarcadores fiables”, destaca De Santis.
“Creemos que caracterizar aspectos relevantes de la microestructura de los tejidos durante la inflamación puede impactar en nuestra comprensión del estudio de muchas afecciones cerebrales y transformar el diagnóstico y el seguimiento actual del tratamiento”, concluye.
¿Cómo se ha llevado a cabo el estudio?
Para validar el modelo, los investigadores han utilizado un paradigma de inflamación en ratas a través de la administración intracerebral de lipopolisacáridos (LPS). Con ello, se preserva la viabilidad y la morfología neuronal mientras que se induce primero una activación de la microglía y, de manera retardada, una respuesta de los astrocitos. (Puede interesarle: El acceso a medicamentos es un tema vital. ¿Qué proponen los candidatos?)
Esta secuencia temporal de eventos celulares permite que las respuestas gliales puedan ser disociadas transitoriamente de la degeneración neuronal, y la firma de la microglía reactiva investigada independientemente de la astrogliosis.
Para aislar la huella de la activación astrocitaria, los investigadores repitieron el experimento tratando previamente a los animales con un inhibidor que anula temporalmente alrededor del 90 % de la microglía. Posteriormente, con un paradigma establecido de daño neuronal, comprobaron si el modelo era capaz de desentrañar las huellas neuroinflamatorias con y sin una neurodegeneración concomitante.
“Esto es fundamental para demostrar la utilidad de nuestro enfoque como plataforma para el descubrimiento de biomarcadores del estado inflamatorio en las enfermedades neurodegenerativas, donde tanto la activación de la glía como el daño neuronal son actores clave”, aclaran.
Por último, los investigadores utilizaron un paradigma establecido de desmielinización, basado en la administración focal de lisolecitina, para demostrar que los biomarcadores desarrollados no reflejan las alteraciones del tejido que se encuentran frecuentemente en los trastornos cerebrales.