Las células de soporte del cerebro humano vuelven más inteligentes a los ratones

Las células gliales, una familia de células que se encuentran en el sistema nervioso central humano, hasta hace poco consideradas meras «amas de casa», ahora parecen ser esenciales para la complejidad única del cerebro humano. Los científicos llegaron a esta conclusión después de demostrar que cuando se trasplantaron en ratones, estas células humanas habrían influido en la comunicación dentro del cerebro, lo que permitió a los animales aprender más rápidamente.

El estudio, realizado hoy en la revista Cell Stem Cell, sugiere que la evolución de un subconjunto de células gliales llamadas astrocitos —que son más grandes y más complejas en los seres humanos que otras especies— puede haber sido uno de los principales acontecimientos que condujeron a la funciones cognitivas superiores que nos distinguen de otras especies.

«Este estudio indica que las glías no sólo son esenciales para la transmisión nerviosa, sino que también indica que el desarrollo de la cognición humana puede reflejar la evolución de la forma y función gliales específicas en los humanos», dijo el neurólogo Steven Goldman, MD, Ph.D., del Medical Center la Universidad de Rochester (URMC), co-autor principal del estudio. «Creemos que esta es la primera demostración de que las células gliales humanas tienen ventajas funcionales únicas. Este hallazgo también nos aporta un modelo totalmente nuevo para investigar una serie de enfermedades en las que estas células pueden desempeñar un papel».

En los últimos años los científicos han comenzado a entender y apreciar el papel que juegan las células glíales —y más específicamente los astrocitos— en la función cerebral. Investigadores de URMC fueron pioneros en descubrir los secretos de los astrocitos y en demostrar que no sólo sirven para sostener las neuronas en el cerebro, sino que también se comunican con las neuronas y entre sí.

«El papel de los astrocitos es proporcionar el ambiente perfecto para la transmisión neural», dijo Maiken Nedergaard, MD, DMSc., co-autor principal del estudio y director, junto con Goldman, del Centro para Neuromedicina Traslacional de la URMC. «Al mismo tiempo, hemos observado que a medida que estas células han evolucionado en complejidad, tamaño y diversidad —como lo han hecho en los seres humanos— las funciones del cerebro se vuelven cada vez más complejas».

Los astrocitos son mucho más abundantes, más grandes y diversos en el cerebro humano en comparación con otras especies. En los seres humanos, los astrocitos individuales proyectan fibras que pueden conectarse simultáneamente con un gran número de neuronas, y en particular con las sinapsis, los puntos de comunicación en el que se unen dos neuronas adyacentes. Como resultado, los astrocitos humanos individuales pueden coordinar, potencialmente, la actividad de miles de sinapsis, mucho más que en los ratones.

Fue esta observación que indicó que los astrocitos humanos pueden jugar un papel significativo en la integración y coordinación de la actividad de señalización más compleja que se encuentra en el cerebro humano, y por lo tanto ayudan a regular nuestras funciones cognitivas superiores. Esto a su vez sugiere que, cuando se trasplantan en ratones, las células humanas pueden influir en los patrones básicos de la actividad neuronal.

«En un sentido fundamental, son diferentes de las especies inferiores», dijo Goldman. «Nuestras capacidades avanzadas de procesamiento cognitivo existen no sólo por el tamaño y la complejidad de nuestras redes neuronales, sino también por el aumento en las capacidades funcionales y de coordinación que ofrece la glia humana».

«Siempre he encontrado un poco simple el concepto de que el cerebro humano es más capaz porque tenemos redes neuronales más complejas, porque si pones juntos toda la red neural y la totalidad de su actividad todo termina en una super computadora», dijo Nedergaard. «Pero la cognición humana es mucho más que un simple procesamiento de datos, está también [compuesta] de la coordinación de las emociones con la memoria, que informa nuestras habilidades superiores de abstracción y de aprendizaje».

El equipo de investigación decidió determinar si las células gliales humanos podrían proporcionar al cerebro humano capacidades únicas observando qué ocurría cuando se permitió coexistir a estas células con las células nerviosas normales de ratones. Los científicos primero aislaron progenitoras humanas —las células gliales en el sistema nervioso central que dan lugar a astrocitos— a partir del tejido cerebral. A continuación, estas células fuern transplantadas en el cerebro de ratones recién nacidos. Cuando los ratones maduraron, las células gliales humanas desplazaron a las células gliales nativas, dejando al mismo tiempo la red neuronal existente intacta.

«Las células gliales humanos esencialmente se asentaron hasta el punto en el que prácticamente todas las células progenitoras gliales y una gran proporción de los astrocitos en los ratones eran de origen humano, y esencialmente se desarrollaron y se comportaron como lo harían en el cerebro de una persona,» dijo Goldman.

Posteriormente, el equipo se propuso examinar qué repercusión funcional tenían estas células en el cerebro de los animales, en particular la velocidad y la retención de las señales entre las células del cerebro y su plasticidad, la capacidad del cerebro para formar nuevos recuerdos y aprender nuevas tareas.

Encontraron que dos importantes indicadores de la función cerebral mejoraron drásticamente en los ratones con células de humano. En primer lugar, al medir un fenómeno llamado onda de calcio —la velocidad y la distancia a la que una señal se propaga dentro de y entre los astrocitos adyacentes en el cerebro— los investigadores observaron que la velocidad de transmisión de la onda en los ratones trasplantados era más rápida que lo que normalmente se observa en los ratones , y más parecida a la de tejido cerebral humano.

En segundo lugar, los investigadores también observaron la potenciación a largo plazo (LTP), un proceso que mide el tiempo que se ven afectadas las neuronas en el cerebro por una estimulación eléctrica breve. La LTP es considerada uno de los mecanismos moleculares centrales subyacentes en el aprendizaje y la memoria. En esta prueba, entonces, los investigadores encontraron que la LTP de los ratones trasplantados se desarrollaba más rápido y sostenido, lo que indica su capacidad de mejorar el aprendizaje.

Sobre la base de estos hallazgos, el equipo evaluó entonces a los ratones con una serie de tareas de comportamiento diseñadas para probar la memoria y capacidad de aprendizaje. Ellos encontraron que los ratones trasplantados eran aprendices más veloces y que adquirieron asociaciones nuevas, y además realizaron una variedad de tareas mucho más rápido que los ratones sin las células gliales humanas.

«La conclusión es que estos ratones mostraron un incremento en la plasticidad y aprendizaje dentro de sus redes neuronales existentes, en esencia cambiando sus capacidades funcionales», dijo Goldman. «Esto nos dice que las células de humanos tienen un papel específico en la capacidad intelectual y el procesamiento cognitivo de la especie. Aunque hemos sospechado durante mucho tiempo que este podría ser el caso, esto es realmente la primera prueba de este punto.»

Los investigadores creen que este modelo animal, al que llaman el ratón quimérico humano glial, ahora ofrece a la comunidad médica con una nueva herramienta para entender y tratar los trastornos neurológicos al los que contribuyen las alteraciones gliales. Esto puede ser especialmente relevante para las enfermedades neurológicas y neuropsiquiátricas que aparecen en los seres humanos más que en otras especies. En estos trastornos, los rasgos específicos de los humanos de los astrocitos pueden ser de especial importancia para el proceso de la enfermedad. Goldman, Nedergaard, y sus colegas ya están usando estos ratones para estudiar una gama de trastornos neuropsiquiátricos humanos y neurodegenerativas que pueden contribuir a la patología glial.

Entre los autores adicionales están Xiaoning Han, Chen Michel, Wang Fushun, Windrem Martha, Wang Su, Shanz Steven Xu Qiwu, Nancy Ann Oberheim, Bekar Lane, Betstadt Sarah, y Takahiro Takano con URMC y Alcino Silva con la Universidad de California en Los Angeles.

Fuente: Science Daily. Aportado por Eduardo J. Carletti

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