Domingo 11/12/2016.

Salud

Identifican los mecanismos celulares de la lesión cerebral traumática

Bioingenieros de la Universidad de Harvard han identificado, por primera vez, el mecanismo de la lesión axonal difusa y han explicado por qué el vasoespasmo cerebral es más común en las lesiones cerebrales inducidas por explosiones que en las lesiones cerebrales sufridas por los civiles. La investigación se centra en dos aspectos principales de la lesión cerebral traumática, con importantes resultados para el tratamiento médico de los soldados heridos por las explosiones.
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Dos artículos, publicados en 'Proceedings of the National Academy of Sciences' (PNAS) y en 'PLoS One', ofrecen la explicación más completa hasta la fecha de cómo las fuerzas mecánicas se pueden traducir en sutiles cambios fisiológicos desastrosos para las neuronas del cerebro y los vasos sanguíneos.

"Estos resultados han tardado mucho en llegar", en palabras del investigador principal, Kevin Kit Parker, profesor de bioingeniería en el School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard y comandante en el ejército de los Estados Unidos. "Regresan muchos hombres y mujeres jóvenes del servicio militar con lesiones cerebrales, y no sabemos cómo ayudarlos."

Cuando el cerebro sufre fuertes sacudidas, como ocurre ante una explosión de bomba cercana, el delicado tejido se golpea contra el cráneo. El resultado, si la persona sobrevive, puede ser una contusión temporal, una hemorragia, o una lesión cerebral traumática permanente, que puede incluso conducir a la aparición temprana de Parkinson o Alzheimer.

Inspirados por la propia experiencia militar de Parker, el Disease Biophysics Group (establecido en SEAS y en el Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering en Harvard) ha hecho suya la causa. Utilizando las técnicas más avanzadas en ingeniería de tejidos - esencialmente creando un cerebro vivo en un chip -- biólogos, físicos, ingenieros, y científicos de los materiales colaboran para estudiar las lesiones cerebrales y su tratamiento.

Ahora, los investigadores del mencionado grupo han identificado el mecanismo celular que inicia una lesión axonal difusa, lo que ofrece orientación a la investigación sobre tratamientos terapéuticos. Sus estudios demuestran que las integrinas, proteínas de los receptores integrados en la membrana celular, son el eslabón crucial entre las fuerzas externas y los cambios fisiológicos internos.

Las integrinas conectan los componentes estructurales de la célula (como la actina y otras proteínas del citoesqueleto) con la matriz extracelular que une a las células en el tejido. En conjunto, esta red de componentes estructurales se conoce como complejo de adhesión focal.

La investigación de Parker ha demostrado que las fuerzas desatadas por una explosión física altera la estructura del complejo de adhesión focal, lo que causa una reacción en cadena de destrucción molecular dentro de las células nerviosas del cerebro. Dentro de la neurona, las integrinas normalmente median en la activación de las proteínas RhoA y Rho-kinasa (ROCK). Cuando el complejo de adhesión focal se altera, la vía de señalización Rho-ROCK se descontrola y dirige a la proteína actina para que retraiga los axones de las células, desconectando a las neuronas entre sí y colapsando las redes celulares que constituyen el cerebro.

"Nuestra investigación ha demostrado que las fuerzas mecánicas abruptas, como las de las ondas de una explosión transducidas por las integrinas, pueden resultar en una lesión neural", dijo Matthew A. Hemphill, que junto con Borna Dabiri y Gabriele Sylvain, es un el autor principal del artículo publicado en 'PLoS One'.

En palabras de Dabiri, "es alentador haber descubierto que tratando los tejidos neurales con HA-1077 (un inhibidor de ROCK), dentro de los primeros 10 minutos de la lesión, se reduce el número de inflamaciones focales. Creemos que más estudios sobre la inhibición de ROCK podrían conducir a tratamientos viables en el futuro cercano".

Otra parte de la investigación llevada a cabo en el laboratorio de Parker ha resuelto otro misterio sobre la lesión cerebral traumática, explicando por qué el vasoespasmo cerebral, un peligroso remodelador de los vasos sanguíneos del cerebro, es más frecuente en la lesión cerebral traumática causada por las explosiones que en otros tipos de trauma cerebral.

"Hasta ahora, otros investigadores de la lesión cerebral traumática se han centrado en los canales iónicos y en la membrana; y, en general, se ha aceptado que el vasoespasmo está causado sólo por hemorragia. Resulta que es mucho más complicado que eso", dice Patrick W. Alford, autor principal del artículo publicado en 'PNAS'. "Las integrinas y la señalización de Rho-ROCK parecen tener un papel en la lesión axonal difusa y en el vasoespasmo cerebral."

Como se informó en la revista 'PNAS', las fuerzas ejercidas sobre las arterias son diferentes durante una carga explosiva que durante un trauma por un golpe. La hemorragia subaracnoidea, que puede ocurrir en las lesiones de cabeza severas, puede causar vasoespasmo, pero una nueva investigación de Parker muestra que solo la fuerza de una explosión también puede causar vasoespasmo por sí misma.

Una explosión crea un aumento de la presión arterial, que se extiende a las paredes de los vasos sanguíneos en el cerebro. Para este estudio, el equipo de bioingenieros de Parker construyó arterias artificiales, hechas de células vasculares vivas, y utilizó una máquina especial para estirarlas en un movimiento rápido, simulando una explosión. Si bien esto no dañó directamente la estructura celular, causó una hipersensibilidad inmediata a la proteína endotelina-1. La endotelina-1 estimula las células vasculares para absorber los iones de calcio, que afectan a la actina (la misma proteína involucrada en la retracción de los axones).

En las 24 horas siguientes a la explosión simulada, los tejidos vasculares sufrieron una hipercontracción y un cambio fenotípico completo, lo que alteró la función general de los tejidos. Ambos comportamientos son característicos del vasoespasmo cerebral.

Los investigadores observaron que las vías de señalización de Rho-ROCK juegan un papel importante en el comportamiento de la actina y la contracción de las células. El equipo de Parker encontró que la inhibición de Rho poco después de la lesión puede mitigar los efectos dañinos de la explosión en el sistema vascular del cerebro.

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