Los neurocientíficos han descubierto una conexión hasta ahora desconocida entre el cerebro y su entorno

¿Cómo elimina el cerebro los desechos y cómo afecta este proceso a nuestra salud? En un estudio histórico dirigido por investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis y el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, los científicos han descubierto una vía directa a través de la cual el sistema de eliminación de desechos del cerebro se comunica con las capas protectoras que lo rodean, desafiando creencias arraigadas . sobre el aislamiento del cerebro del sistema inmunológico del cuerpo.

El descubrimiento arroja luz sobre los mecanismos que permiten que los desechos y las señales inmunes viajen entre el cerebro y su capa exterior protectora, abriendo nuevas oportunidades para comprender y tratar enfermedades neurológicas. Los resultados del estudio fueron publicados en la revista. Naturaleza.

La motivación de esta investigación surge de una pregunta fundamental en neurociencia: ¿Cómo el cerebro, órgano conocido por sus delicadas y complejas funciones, mantiene su salud eliminando desechos e interactuando con el sistema inmunológico del cuerpo? Tradicionalmente se pensaba que el cerebro funcionaba en un estado de perfecto aislamiento, protegido por barreras que protegen el sistema inmunológico y sustancias potencialmente dañinas.

Sin embargo, este aislamiento puede significar que el cerebro tiene una capacidad limitada para eliminar desechos, una función que es importante para la prevención de enfermedades. Los investigadores se embarcaron en este estudio para explorar la posibilidad de una vía de comunicación directa entre el cerebro y las capas protectoras circundantes, que podría revolucionar nuestra comprensión de la salud y la enfermedad del cerebro.

"El líquido de desecho pasa del cerebro al cuerpo como las aguas residuales de nuestros hogares", dijo el investigador principal del NINDS, Daniel S. Reich. "En este estudio, nos preguntamos qué sucede cuando las 'tuberías de drenaje' salen de la 'casa' - en este caso el cerebro - y se unen al sistema de alcantarillado municipal del cuerpo".

Para investigar estas cuestiones, el estudio utilizó un enfoque integral que combina técnicas de imagen avanzadas y análisis genético en humanos y ratones. En humanos, el equipo utilizó imágenes de resonancia magnética (MRI) de alta resolución para rastrear el movimiento de un tinte magnético, gadobutrol, que se inyectó a los participantes para visualizar las vías de los desechos que abandonan el cerebro.

Además, los investigadores realizaron experimentos en ratones inyectando moléculas emisoras de luz en el cerebro para controlar el movimiento de fluidos a través de las barreras protectoras del cerebro. El estudio también utilizó la secuenciación de ARN monocatenario para analizar la expresión genética de las células en estas barreras y la microscopía electrónica para detallar las estructuras de las células.

El investigador identificó áreas específicas llamadas puntos de salida del manguito aracnoideo (ACE), donde un "manguito" de células rodea los vasos sanguíneos a medida que pasan a través de la barrera aracnoidea protectora del cerebro hacia la duramadre. La duramadre es la más externa y resistente de las tres capas de membranas llamadas meninges que rodean y protegen el cerebro y la médula espinal. Esta membrana está formada por tejido conectivo fibroso denso.

Estos puntos ACE actúan como puertas de entrada que permiten la transferencia de líquidos residuales, células inmunitarias y otras moléculas entre el cerebro y la duramadre, contrariamente a la creencia anterior de que dicha comunicación era prácticamente imposible debido a las barreras protectoras del cerebro.

El descubrimiento sugiere que el cerebro no está tan aislado como se pensaba y tiene un medio directo para eliminar los desechos e interactuar con el sistema inmunológico.

"Si tu fregadero está obstruido, puedes vaciarlo o arreglar el grifo, pero en última instancia tienes que arreglar el desagüe", explicó Jonathan Kipnis, profesor de la Universidad de Washington en St. Louis. “Los bloqueos en los puntos ACE del cerebro impiden que salgan los desechos. Si podemos encontrar una manera de eliminar este bloqueo, podremos proteger el cerebro".

La investigación en ratones ha demostrado que estas vías están involucradas en la respuesta del sistema inmunológico a los trastornos, como cuando las células inmunes atacan la mielina protectora del cerebro en condiciones que imitan la esclerosis múltiple. El bloqueo de la interacción de las células inmunes con los puntos ACE redujo la gravedad de la afección, destacando la importancia de estas vías en la salud y la enfermedad del cerebro.

"El sistema inmunológico utiliza moléculas para llevar este cruce desde el cerebro a la duramadre", dijo Kipnis. "Esta transición debe regularse estrictamente, de lo contrario puede tener un efecto perjudicial sobre la función cerebral".

Los investigadores también notaron que la efectividad de estos puntos ACE y su papel en la eliminación de desechos y el control inmunológico pueden disminuir con la edad. Los participantes de mayor edad en este estudio mostraron una mayor fuga de tinte magnético hacia el líquido circundante y hacia los espacios alrededor de los vasos sanguíneos, lo que indica un posible deterioro de la eficacia de estos puntos ACE con el tiempo.

Este aspecto del estudio apunta a un posible vínculo entre el proceso de envejecimiento y un mayor riesgo de desarrollar enfermedades neurológicas, lo que sugiere que la señalización alterada de la ECA puede contribuir a la acumulación de productos de desecho y respuestas inmunes alteradas en el cerebro que envejece.

"Esto puede indicar una descomposición más lenta de los puntos ACE durante el envejecimiento", dijo Reich, "lo que puede deberse al hecho de que el cerebro y el sistema inmunológico ya no pueden interactuar de maneras que no pensaban que lo harían".

El descubrimiento de ACE apunta a una revolución en nuestra comprensión de la fisiología del cerebro, revelando una vía directa para la eliminación de desechos e interacciones del sistema inmunológico previamente desconocidas. Pero sus estudios no están exentos de limitaciones. El mecanismo por el cual funcionan estos puntos ACE y su importancia relativa en comparación con otras vías de eliminación de desechos e interacción del sistema inmunológico en el cerebro aún no están claras. Además, si bien el estudio proporciona evidencia convincente a partir de imágenes por resonancia magnética en ratones y humanos, se necesita más investigación para comprender completamente las implicaciones de estos hallazgos para la salud y las enfermedades humanas.

Las áreas de investigación futuras incluyen investigar cómo la eficiencia de estos puntos ACE varía con la edad, ya que el estudio encontró una mayor fuga de tinte magnético en participantes mayores, lo que sugiere que la eficiencia del sistema de eliminación de desechos puede disminuir con el tiempo. Esto puede tener profundas implicaciones para la comprensión de las enfermedades neurológicas relacionadas con la edad en las que la eliminación deficiente de estos desechos juega un papel importante.

Investigación, "Identificar conexiones directas entre la duramadre y el cerebro.”, de Leon CD Smyth, Di Xu, Serhat V. Okar, Taitea Dykstra, Justin Rustenhoven, Zachary Papadopoulos, Kesshni Bhasin, Min Woo Kim, Anthony Drieu, Tornike Mamuladze, Susan Blackburn, Xingxing Gu, Govind Nair, Stephen E Stork, La Segunda Colina, Michael A. White, Peter Baiguinov, Igor Smirnov, Krikor Dikranian, Daniel S. Reich y Jonathan Kipnis.