Investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, aplicaron luz para estimular las células nerviosas en el cerebro de ratones que habían sufrido accidentes cerebrovasculares varios días antes, descubriendo que estos animales mostraron significativamente mayor recuperación en la capacidad motora que los roedores que habían sufrido accidentes cerebrovasculares pero cuyos cerebros no habían sido tratados de esta forma.
Estos hallazgos, que se publican en Proceedings of the National Academy of Sciences, podrían ayudar a identificar los circuitos cerebrales importantes que intervienen en la recuperación de accidentes cerebrovasculares y dar paso a nuevas terapias clínicas para el derrame cerebrovascular, incluyendo la colocación de dispositivos eléctricos de estimulación cerebral similares a los empleados para tratar la enfermedad de Parkinson, el dolor crónico y la epilepsia.
Los resultados también ponen de relieve posibles avances neurocientíficos gracias a una técnica de investigación de gran alcance conocida como optogenética. El derrame cerebral, con 15 millones de nuevos casos al año en todo el mundo, es la segunda mayor causa de muerte del planeta, según ilustra uno de los autores principales del trabajo, Gary Steinberg, profesor y director de Neurocirugía en Stanford.
El único fármaco aprobado para el accidente cerebrovascular en Estados Unidos es un medicamento inyectable llamado activador del plasminógeno tisular o tPA, que, si se administra a las pocas horas de un infarto cerebral, puede limitar el grado de daño por apoplejía. Sin embargo, no más del 5% de los pacientes se benefician de este fármaco, sobre todo porque cuando llegan a un centro médico el daño ya es irreparable.
En este estudio, el primero en usar una tecnología de estimulación por luz impulsada llamada optogenética para mejorar la recuperación del accidente cerebrovascular en ratones, según sus autores, los estímulos promovieron la recuperación, incluso cuando se inician cinco días después de que se produjera el derrame cerebral.
“Vimos que la estimulación directa de un determinado conjunto de células nerviosas en el cerebro, las células nerviosas en la corteza motora, logró mejorar sustancialmente la recuperación”, resume Steinberg, profesor en Neurocirugía y Neurociencias.
Alrededor de siete de cada ocho accidentes cerebrovasculares son isquémicos: se producen cuando un coágulo de sangre corta el flujo de oxígeno a una u otra parte del cerebro, destruyendo el tejido y dejando debilidad, parálisis y déficits cognitivos y sensoriales del habla. Aunque es posible cierto grado de recuperación, que varía mucho entre los pacientes en función de muchos factores, sobre todo la edad, rara vez se produce una recuperación total y, por lo general, se detiene a los tres meses tras el accidente cerebrovascular.
Los estudios en animales han indicado que la estimulación eléctrica del cerebro puede mejorar la recuperación del derrame cerebral, pero “las técnicas de estimulación cerebral existentes activan todos los tipos de células en el área de estimulación, lo que no sólo hace que sea difícil de analizar sino que también puede causar efectos secundarios no deseados”, detalla otro autor del estudio, Michelle Cheng, del laboratorio de Steinberg.
Para el nuevo trabajo, los científicos de Stanford utilizaron la optogenética, una tecnología empleada por primera vez por el coautor Karl Deisseroth, profesor de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento y de Bioingeniería. La optogenética implica la expresión de una proteína sensible a la luz en las células del cerebro específicamente dirigidas, de forma que, tras la exposición a luz con la correcta longitud de onda, esta proteína sensible a la luz se activa y hace que la célula se active.
Activación de células nerviosas en la corteza motora primaria
El equipo de Steinberg expresó selectivamente esta proteína en la corteza motora primaria del cerebro, que está implicada en la regulación de las funciones motoras. Las células nerviosas dentro de esta capa cortical envían señales a muchas otras regiones del cerebro, incluyendo su contraparte en el hemisferio opuesto del cerebro.
Mediante el uso de una fibra óptica implantada en esa región, los investigadores consiguieron estimular la corteza motora primaria cerca de donde había ocurrido el accidente cerebrovascular y, a continuación, supervisar los cambios bioquímicos y el flujo de sangre allí y en otras zonas del cerebro con las que esta región se comunica. “Queríamos saber si la activación de estas células nerviosas únicas puede contribuir a la recuperación”, recuerda Steinberg.
En una prueba de la coordinación motora, el equilibrio y la fuerza muscular, los ratones con accidente cerebrovascular que fueron sometidos a la estimulación cerebral en este estudio, recorrieron más distancia por una viga sin caerse y a mayor velocidad que sus contrapartes no estimulados.
El mismo tratamiento, aplicado a ratones que no habían sufrido un derrame cerebral pero cuyos cerebros se habían alterado de manera similar genéticamente y luego se estimularon como en los ratones afectados por accidente cerebrovascular, no tuvo ningún efecto sobre la distancia recorrida o la rapidez con la que caminaban. Esto sugiere que fue la reparación mediante estimulación del daño inducido por derrame cerebral, no la propia estimulación, la que otorgó una mejora de la capacidad motora.
Ratones afectados por una apoplejía cuyos cerebros fueron optogenéticamente estimulados también recuperaron sustancialmente más cantidad de su peso perdido que los roedores no estimulados afectados por accidente cerebrovascular. Por otra parte, los animales tratados con esta técnica tras un accidente cerebrovascular mostraron mejoría en el flujo sanguíneo de su cerebro en comparación con los no estimulados tras un infarto cerebral.
Factores de crecimiento, más abundantes en ratones tratados
Además, sustancias llamadas factores de crecimiento, producidas de forma natural en el cerebro, fueron más abundantes en las regiones clave en ambos lados del cerebro en ratones afectados por accidente cerebrovascular optogenéticamente estimulados que en sus homólogos no tratados con esta técnica.
Asimismo, ciertas áreas del cerebro de los animales estimulados tras el accidente cerebrovascular mostraron un aumento de los niveles de proteínas asociadas con una mayor capacidad de las células nerviosas para alterar sus características estructurales en respuesta a la experiencia, por ejemplo, la práctica y el aprendizaje. La estimulación optogenética de los cerebros de los ratones sin accidente cerebrovascular no produjo tales efectos.
Steinberg adelanta que su laboratorio está haciendo un seguimiento para determinar si la mejoría se sostiene a largo plazo. “También estamos buscando si la estimulación optogenética de otras regiones del cerebro después de un accidente cerebrovascular podría ser igual o más eficaz”, afirma, señalando que el objetivo es identificar los circuitos precisos en el cerebro humano que son más susceptibles a las intervenciones tras el accidente cerebrovascular.
Proceedings of the National Academy of Sciences (2014); doi: 10.1073/pnas.1404109111
