Astrocitos juegan papel crítico en neuroimagenología

En un estudio reciente que resuelve el misterio de mucho tiempo en las neurociencias, los investigadores han demostrado por primera vez, que las células cerebrales en forma de estrella llamadas astrocitos, anteriormente consideradas células pequeñas, sin importancia por la mayoría de los neurocientíficos, permiten las exploraciones cerebrales, no invasivas.

Las técnicas de imagenología como la resonancia magnética funcional (fMRI) y la tomografía de emisión de positrones (TEP) han transformado las neurociencias, proporcionando mapas a color de la actividad cerebral en sujetos vivos. Los rojos, naranjas, azules, y amarillos representan cambios en el flujo sanguíneo y el volumen disparado por la actividad neural. Pero, hasta la realización de este estudio por investigadores del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria en el Instituto de Tecnología Massachusetts (MIT; Cambridge, MA, EUA), y reportado en la edición del 20 de junio de 2008 de la revista Science, nadie conocía de manera precisa por qué funcionaba.

"La causa por la cual el flujo sanguíneo está asociado a la actividad neuronal ha sido un misterio", dijo el coautor del estudio Dr. Mriganka Sur, profesor de neurociencias y jefe del departamento de cerebro y Ciencias Cognoscitivas de MIT. "Anteriormente, las personas han argumentado que la señal fMRI reporta campos locales potenciales u ondas de actividad eléctrica entrantes, pero las neuronas no se conectan directamente a los vasos sanguíneos. Nunca se había demostrado una asociación causal entre la actividad neuronal y el flujo sanguíneo".

De los tipos celulares principales en el cerebro, la proporción de glía, y neuronas es de nueve a uno. Los astrocitos, el tipo más común de glía, extienden sus anillos braquiales alrededor de las sinapsis (a través de las cuales se comunican las neuronas) y a lo largo de los vasos sanguíneos.

Usando una técnica avanzada, el Dr. Sur y colegas descubrieron que los astrocitos reciben señales directamente de las neuronas y suministran sus propias respuestas tipo neuronas para regular directamente el flujo sanguíneo. Son el eslabón perdido entre las neuronas y los vasos sanguíneos, de acuerdo con el Dr. Sur. Cuando los astrocitos están desactivados, la fMRI no funciona. "Los astrocitos están implicados en muchas enfermedades cerebrales y expresan una gran cantidad de genes que están en el cerebro", dijo el Dr. Sur. "Su papel es crucial para entender la disfunción cerebral y también para desarrollar terapéuticas potenciales".

El estudio MIT revela que, al contrario de la creencia actual, los astrocitos influencian sobre cálculos neuronales complejos como la duración y selectividad de las respuestas celulares cerebrales al estímulo. Sin embargo sus señales químicas las habían vuelto invisibles a los métodos de investigación convencionales que monitorizan la actividad eléctrica. "Eléctricamente, los astrocitos son hermosamente silenciosos", dijo el coautor del estudio, Dr. James Schummers, asociado postdoctoral del Instituto Picower. "Mucho de lo que sabemos acerca de las neuronas es de adherir electrodos en ellas. No podíamos registrar a los astrocitos, de manera que los ignorábamos".

Cuando los astrocitos fueron visualizados con microscopía de dos-fotones, "la primera cosa que notamos fue que los astrocitos estaban respondiendo al estímulo visual. Eso nos tomó completamente por sorpresa", dijo el Dr. Schummers. "No esperábamos que hicieran algo como eso. Pero allí estaban, parpadeando de la misma forma que las neuronas. No sabíamos si el resto del mundo pensaría que estábamos locos".

"Este trabajo muestra que los astrocitos, que constituyen hasta el 50% de las células en la corteza pero cuya función era desconocida, responden de manera exquisita a la estimulación sensorial, regulan el flujo sanguíneo local en la corteza e influyen sobre las respuestas neuronales", dijo el Dr. Sur. "Lo que es más, los astrocitos están ordenados en mapas de aspecto ordenado, exquisitamente mapeados a través de la superficie cortical en sincronía con los mapas neuronales".

La microscopía de dos-fotones usa dos fotones infrarrojos para emitir fluorescencia lo que permite visualizar el tejido vivo de hasta 1 mm. de profundidad. Anteriormente, los investigadores podían solamente ver los astrocitos en cortes delgados, coloreados, de tejido cerebral muerto. El siguiente paso, de acuerdo con el Dr. Schummers, es tratar de determinar exactamente la influencia de los astrocitos sobre las neuronas.

Massachusetts Institute of Technology