Inflamación y envejecimiento cerebral: cuáles son los nuevos hallazgos de la ciencia sobre esta relación

Los resultados de un nuevo estudio realizado por investigadores de Harvard que se publicó días atrás en la revista Cell permiten comprender mejor la relación entre la inflamación y el deterioro cognitivo que experimentamos a medida que envejecemos, y sugieren la posibilidad de que sea el resultado de una especie de reacción celular en cadena.

“Comprender el envejecimiento es uno de los objetivos más importantes de la biomedicina”, afirmó Xiaowei Zhuang, catedrática David B. Arnold Jr. del departamento de Química y Biología Química, profesor de Física, investigadora del Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) y una de las autoras del artículo.

“También es un problema muy difícil. Una de las razones es que el cerebro es muy complejo. Contiene una diversidad de células excepcionalmente alta, con muchos tipos diferentes de neuronas y células no neuronales que forman intrincadas redes de interacción”, añadió.

Para estudiar un sistema tan intrincado, los investigadores utilizaron un método de obtención de imágenes conocido como MERFISH, desarrollado por el laboratorio de Zhuang, que cuenta con una amplia experiencia en la invención de métodos novedosos de obtención de imágenes y su aplicación al estudio de sistemas biológicos. MERFISH (por Multiplexed Error Robust Fluorescence In Situ Hybridization) es capaz de medir simultáneamente no sólo miles de tipos de ARN, o miles de genes, en las células, sino que también revela las relaciones espaciales entre ellos.

Esta tecnología les permitió a los investigadores generar “atlas de expresión génica”, observando las “relaciones de vecindad” entre células, según Catherine Dulac, Catedrática de la Universidad Samuel W. Morris en el departamento de Biología Molecular y Celular, investigadora del HHMI y otra de las autoras del artículo. “Con MERFISH -aseveró- se pueden observar no sólo los cambios en la expresión génica a lo largo de diferentes edades, sino también los cambios en la expresión génica, en tipos celulares concretos, relacionados con su relación espacial”.

Aplicando este enfoque global a cerebros de ratón, William E. Allen, becario junior de Harvard, y otros dos investigadores, Timothy R. Blosser y Zuri A. Sullivan, de los laboratorios de Zhuang y Dulac, identificaron cómo las células neuronales -o nerviosas- y las no neuronales cambiaban durante el envejecimiento. En concreto, el estudio reveló que el envejecimiento y la inflamación afectaban al modo en que las células expresaban los genes, tanto de forma similar como distinta y de manera dependiente del espacio.

“La idea de que parte del proceso de envejecimiento cerebral está relacionado con la inflamación ya se había planteado”, afirmó Dulac. “Las estrategias experimentales que utilizamos -MERFISH, en combinación con la secuenciación de ARN unicelular- nos permitieron observar el proceso de envejecimiento de forma muy específica y con gran granularidad”.

“Descubrimos que las células no neuronales, como las gliales y las inmunitarias, parecen experimentar cambios más pronunciados en la expresión génica y los estados celulares que las neuronas. Y estos cambios no se producen de manera uniforme en el cerebro”, dijo Zhuang, señalando que la materia blanca subcortical mostró alteraciones más pronunciadas que la materia gris, sobre todo en los oligodendrocitos no neuronales, los astrocitos y la microglía.

Para la experta, “dado que estas diversas células garantizan la eficiencia de los impulsos eléctricos a través del cerebro mediante la producción de una vaina de mielina alrededor de los axones, así como proporcionan apoyo metabólico a las neuronas, modulan las funciones sinápticas y proporcionan vigilancia inmunológica, estos cambios podrían tener un impacto directo en la función de los circuitos neuronales”.

“Si los oligodendrocitos no están sanos y empiezan a desprenderse de mielina puede iniciarse una reacción en cadena que afecte tanto a las neuronas como a las células no neuronales y que básicamente perturbe muchas funciones de todo el cerebro”, detalló Dulac.

Según la especialista, esto es sorprendente porque “en última instancia, el envejecimiento se asocia a un deterioro de la cognición, que está directamente relacionado con la función neuronal. Pero si muchos de los cambios se producen en células no neuronales, entonces es posible que hayamos identificado un proceso de varios pasos en el que la inflamación afecta principalmente a las células no neuronales, lo que a su vez conduce a alteraciones de la función neuronal”.

Desglosar este proceso ofrece la perspectiva de influir en él, si no detenerlo. “Si hubiera formas de reducir el proceso inflamatorio asociado al envejecimiento a través del estilo de vida (por ejemplo, dieta, ejercicio u otros procesos), también podrían reducirse el envejecimiento cerebral y las alteraciones asociadas”, aseguró Dulac.

Por el momento, estos hallazgos ofrecen una hoja de ruta para la investigación en curso, estudios posibles gracias a técnicas como MERFISH. “La posibilidad de muestrear de forma exhaustiva todos los tipos de células y un gran número de genes en tejidos intactos proporciona una rica fuente de información que puede permitirnos generar nuevas hipótesis para futuros estudios”, continuó.

La colaboración entre ambas investigadoras comenzó hace más de una década. “Hace unos años, Xiaowei se puso en contacto conmigo porque su laboratorio acababa de desarrollar una tecnología de microscopía de muy alta resolución, STORM, y estaba muy interesada en estudiar la función cerebral con ella”, recordó Dulac. “Esto nos llevó a iniciar una maravillosa colaboración en la que pudimos, por primera vez, observar las sinapsis cerebrales a superalta resolución”. Su primer artículo conjunto, publicado hace 12 años, dio lugar a una serie de proyectos en curso que incorporan nuevas técnicas y las habilidades complementarias de los investigadores.

Zhuang también habla de su colaboración con Dulac con gran entusiasmo. “En nuestras colaboraciones, uno más uno es mucho más que dos”, afirmó. “Aunque muchas de nuestras colaboraciones se inician por conversaciones entre Catherine y yo, en este estudio sobre el envejecimiento cerebral en ratones, la colaboración la inició Will Allen, un becario junior de primera categoría que está interesado en la investigación en nuestros dos laboratorios”, finalizó la experta.

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