El desarrollo de un nuevo sistema de células en cultivo que imita la forma específica en que las fibras de células nerviosas en el cerebro se recubren de mielina protegiendo así las fibras, abren nuevas vías de investigación en la esclerosis múltiple. Los resultados iniciales sugieren que la mielina regula a una proteína clave, la cual está implicada en el envío de señales a larga distancia.
La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmune que se caracteriza por que se produce un daño a la vaina de mielina que rodea a las fibras nerviosas. La causa de esta enfermedad sigue siendo desconocida, y es una enfermedad crónica que afecta al sistema nervioso central y no tiene cura.
La esclerosis múltiple ha sido considerada durante mucho tiempo como una enfermedad de la substancia blanca, en referencia a los paquetes de mielina que son de color blanco, que recubren a los axones que se proyectan desde el cuerpo principal de las células nerviosas, los cuales forman la substancia blanca. Pero los investigadores han descubierto que la enfermedad también afecta a los axones mielinizados dispersos por la substancia gris, la cual contiene el cuerpo principal de las células cerebrales, específicamente en la región del hipocampo, la cual es importante para el aprendizaje y la memoria.
Hasta la mitad de los pacientes afectados con esclerosis múltiples sufre déficits cognitivos, además de los síntomas físicos. Los investigadores sospechan que los síntomas cognitivos son causados por una actividad eléctrica anormal de los axones desmielinizados que se extienden desde las células del hipocampo, pero hasta ahora no se ha podido poner a prueba el papel de la mielina en esta parte del cerebro.
Investigadores del Ohio State University han creado un sistema en el que dos tipos de células interactúan en una placa así como lo harían en su ambiente natural: neuronas procedentes del hipocampo y otras células cerebrales, denominadas oligodendrocitos, cuya función es recubrir los axones de las neuronas con mielina.
Ahora los investigadores pueden estudiar cómo la mielinización activa ó inactiva las neuronas del hipocampo, también pueden ver cómo la mielina hace más que proporcionar aislamiento a las neuronas, ya que también juega un papel en el control de los impulsos nerviosos que viajan entre lugares alejados del sistema nervioso. La identificación de este mecanismo cuando está presente la mielina ayudará a mejorar la comprensión de lo que sucede cuando los axones situados en esta área crítica del cerebro pierden la mielina, como resultado de la esclerosis múltiple, dicen los investigadores.
Hasta ahora, los científicos han utilizado el sistema para mostrar cómo la mielina regula la situación y actividad de la proteína clave, denominada canal de potasio voltaje-dependiente Kv1.2, el cuales necesario para mantener las condiciones ideales para que se produzca una transmisión efectiva de las señales eléctricas a lo largo de los axones del hipocampo.
“Este canal es importante porque es el que dirige la actividad eléctrica y cómo la neurona se comunica con otras a continuación”, ha dicho Chen Gu, profesor de neurociencias en la Ohio State University, autor principal del estudio. “Si este proceso se perturba por la desmielinización, pueden producirse los síntomas de la enfermedad”.
Este estudio ha sido publicado en la revista Journal of Biological Chemistry.
Para crear este sistema de cultivo celular, los investigadores comenzaron utilizando neuronas de hipocampo del cerebro de un roedor, éste es un tipo de célula con el que Gu ha trabajado durante años. En cultivo, estas células pueden crecer y desarrollar las dendritas, que son como una especie de ramas formadas por proyecciones de las neuronas, y los axones así como generar actividad eléctrica y conexiones sinápticas; los mismos hechos que ocurren en el cerebro.
A continuación, los investigadores añadieron a la misma placa de cultivo los oligodendrocitos, junto con alguna de sus células precursoras. Y finalmente, después de madurar, estos oligodendrocitos comenzaron a enrollar los axones de las neuronas del hipocampo con capas de mielina.
Este sistema tarda aproximadamente 5 semanas en crearse, pero la parte más difícil para desarrollar este sistema, dijo Gu, que fue desarrollar una solución de cultivo adecuada, con el objetivo de que ambos tipos de células se comportasen como si estuviesen en su ambiente natural.
“Al final, la composición del medio de cultivo era básicamente la mitad de una solución compatible con las neuronas, y la otra mitad se trataba de una solución en la que los oligodendrocitos funcionaban bien. Se sabe que todas las células están bien en este medio porque tenemos mielina”, dijo Gu, quien también es investigador del Ohio State´s Center for Molecular Neurobiology.
Con el sistema ya creado, los investigadores volvieron a la experimentación para probar los efectos de la presencia de la mielina en estas células cerebrales específica.
Las neuronas envían sus señales codificadas en forma de impulsos eléctricos a lo largo de largas distancias. Se requieren acciones sincronizadas entre varios tipos de canales iónicos para generar correctamente estos impulsos nerviosos. Los canales de potasio están implicados en la fase final de cada impulso, y su función es devolver a una neurona a un estado de reposo, después de que el impulso nervioso pase a través de ella y éste siga por la siguiente neurona. El canal iónico Kv 1.2 ayuda a asegurarse de que este proceso funcione sin problemas.
Al manipular experimentalmente las condiciones de la señal en este nuevo sistema de cultivo celular, Gu y sus compañeros fueron capaces de establecer una parte de la secuencia de eventos que se requieren para que las neuronas mielinizadas del hipocampo consigan que sus señales lleguen con eficacia a su objetivo. A partir de una proteína que se conoce que es producida por la mielina y los axones, denominada TAG-1, una proteína de adhesión celular, trazaron una serie de reacciones químicas que indican que la mielina en los axones del hipocampo controla la ubicación y la actividad de los canales iónicos Kv 1.2.
“El análisis nos permite ver las vías de señalización que invlolucran la regulación llevada a cabo por la mielina de la localización del canal iónico Kv 1.2 a lo largo del axón, así como el perfeccionamiento de la actividad del canal”, dijo Gu.
Cuando la esclerosis múltiple desmieliniza estos axones, las neuronas desmielinizadas no reciben el mensaje de que tienen que estar en reposos, por consiguiente no pueden prepararse adecuadamente para recibir y transmitir la siguiente señal que le llegue a la neurona.
“Esto significa que un impulso nervioso tiene serias dificultades para viajar por una región desmielinizada, lo que demuestra que probablemente el canal iónico esté envuelto en la progresión de la enfermedad en lugares más distales”, dijo Gu.
Gu prevé que este nuevo sistema de cultivo celular, que posee dos tipos celulares diferente, puede tener otros usos, como puede ser el estudio de cómo afecta la mielina al comportamiento de otros canales, estudios de proteínas y moléculas que funcionan dentro de los axones, así como detectar los efectos de drogas experimentales en estas células mielínicas.
Este trabajo fue apoyado por una beca del National Multiple Sclerosis Society y una subvención del National Institute for Neurological Disorders and Stroke.
Fuente: Science Daily.
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