MADRID, 20 Feb. (EUROPA PRESS) -
Un cerebro humano adulto de 1.400 gramos consume aproximadamente una quinta parte de la energía del cuerpo, sin embargo, no puede almacenar energía por sí solo y requiere una alimentación constante del sistema cardiovascular. Investigadores de la Universidad de Harvard arrojan ahora luz sobre cómo el cerebro y sus arterias se comunican para suministrar sangre a áreas de actividad neuronal intensificada.
Las necesidades de energía del cerebro fluctúan mucho dependiendo de la actividad neuronal, y se debe administrar suficiente sangre al lugar correcto en el momento preciso para garantizar una función cerebral saludable.
Para satisfacer estas demandas siempre cambiantes, un proceso conocido como acoplamiento neurovascular aumenta rápidamente el flujo sanguíneo a áreas de actividad neuronal intensificada. Este proceso se ve afectado en enfermedades como la hipertensión, la diabetes y la enfermedad de Alzheimer, y también sirve como base para tecnologías de imágenes como la resonancia magnética, que utiliza el flujo sanguíneo como una lectura para la actividad cerebral.
A pesar de su importancia, no estaba claro cómo se comunican el cerebro y los vasos sanguíneos para permitir el acoplamiento neurovascular. Ahora, en un estudio publicado en 'Nature', neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard informan del descubrimiento de un mecanismo de control en el cerebro de los ratones que asegura un flujo sanguíneo adecuado a las áreas de actividad neuronal intensificada de manera rápida y precisa.
Sus experimentos revelan que las arterias en el cerebro regulan activamente el acoplamiento neurovascular en respuesta a la actividad neuronal, y que la proteína Mfsd2a, previamente implicada como un regulador clave de la barrera hematoencefálica protectora, es fundamental para este proceso. Los hallazgos arrojan luz sobre los mecanismos que permiten nuevas vías de estudio sobre el papel del acoplamiento neurovascular en las enfermedades neurológicas.
"Ahora tenemos un control firme sobre los mecanismos involucrados en el acoplamiento neurovascular, incluidos sus componentes moleculares, celulares y subcelulares, que nunca hemos tenido antes", destaca la autora principal del estudio Chenghua Gu, profesora de Neurobiología en el Instituto Blavatnik en HMS y académica de la facultad del Instituto Médico Howard Hughes.
"Esto nos coloca en una posición para diseccionar este proceso y determinar, por ejemplo, si las alteraciones del acoplamiento neurovascular que vemos en enfermedades como el Alzheimer son el resultado de una patología o la causa", explica.
En estudios anteriores, Gu y sus colegas demostraron que la integridad protectora de la barrera hematoencefálica está garantizada por la proteína Mfsd2a, que suprime la formación de caveolas, pequeñas burbujas de lípidos que contienen moléculas de señalización, de los capilares en el cerebro de los ratones.
Para su sorpresa, descubrieron que las arterias, que transportan sangre rica en nutrientes desde los pulmones y representan alrededor del cinco por ciento de los vasos sanguíneos en el cerebro, tenían las características opuestas a los capilares. Las arterias carecían de Mfsd2a y presentaban grandes cantidades de caveolas.
En el estudio actual, el equipo investigó esta observación. Encabezados por los primeros coautores Brian Chow y Vicente Núñez, becarios de investigación de HMS en Neurobiología, los investigadores estimularon los bigotes de ratones despiertos y sanos y, simultáneamente, tomaron imágenes en vivo de la actividad cerebral de los animales utilizando una poderosa técnica conocida como microscopía de 2 fotones.
En respuesta a la estimulación del bigote, los ratones normales mostraron una mayor actividad neuronal, diámetro arterial y flujo sanguíneo en el área sensorial correspondiente del cerebro. Sin embargo, los ratones genéticamente modificados para carecer de caveolas tenían la misma actividad neuronal pero redujeron significativamente el flujo sanguíneo y la dilatación arterial, lo que indica déficit en el acoplamiento neurovascular.
El equipo bloqueó específicamente las células endoteliales que forman el revestimiento de las arterias para que no formen caveolas, forzando a estas células a expresar el Mfsd2a normalmente ausente. Esto nuevamente resultó en alteraciones significativas del acoplamiento neurovascular, lo que demuestra la importancia de las caveolas en las arterias.
Experimentos adicionales demostraron el papel único de las células endoteliales arteriales. Anteriormente se sabía que la actividad neuronal relaja las células del músculo liso que rodean las arterias, lo que conduce a la dilatación de los vasos y al aumento del flujo sanguíneo.
Por contra, los resultados del estudio actual revelaron un mecanismo diferente en el que las caveolas en las células endoteliales arteriales permiten el acoplamiento neurovascular al transmitir la señal para relajarse desde las neuronas a las células del músculo liso.
"Durante más de un siglo, hemos sabido que este fenómeno existe, donde la actividad neuronal aumenta rápidamente el flujo sanguíneo de una manera muy local y temporalmente precisa --señala Chow--. Pero los mecanismos de cómo el sistema nervioso habla con el sistema vascular para coordinar este evento eran en gran medida desconocidos, y fue extremadamente sorprendente encontrar que las células endoteliales arteriales juegan un papel tan activo en el proceso".
CONSUMO DE PRECISIÓN
El equipo también descubrió que las caveolas funcionaban independientemente de la señalización de óxido nítrico, una vía sistémica importante que regula la dilatación de los vasos sanguíneos, famosa por medicamentos como la nitroglicerina para la insuficiencia cardíaca o el sildenafilo ('Viagra') para la disfunción eréctil.
Cuando se bloquearon las señales de caveolas y óxido nítrico, el equipo vio una ausencia total de acoplamiento neurovascular. Cada mecanismo parece jugar un papel igualmente importante pero independiente en la regulación del flujo sanguíneo en respuesta a la actividad neuronal.
Este hallazgo sugiere que las caveolas en las arterias pueden ser responsables de aumentos específicos más precisos en el flujo sanguíneo, mientras que el óxido nítrico actúa de manera más amplia, dijeron los autores.
Gu y sus colegas ahora están investigando la composición exacta de las moléculas de señalización contenidas dentro de las caveolas para comprender mejor este proceso. Esperan que las nuevas bases mecanicistas del acoplamiento neurovascular recientemente reveladas permitan nuevos enfoques experimentales para estudiar la biología de este proceso y cómo va mal en la enfermedad.
"Hemos establecido un conjunto muy poderoso de herramientas genéticas que nos permiten no solo identificar sino manipular los mecanismos moleculares en el corazón del acoplamiento neurovascular --apunta Gu--. Esto es importante dada la cantidad de aspectos del acoplamiento neurovascular que aún no están claros".
"Por ejemplo --añade--, incluso si el aumento del suministro de sangre local se ve afectado, el cerebro todavía tiene flujo sanguíneo y oxígeno. ¿Cuál es el impacto de esto en las neuronas? ¿Cómo afecta esto a la función cerebral? ¿Y contribuye a afecciones como la demencia neurovascular? Ahora estamos en condiciones de realizar una ciencia rigurosa que nos permita responder preguntas como estas".
