El cerebro es nuestro órgano más activo y, como cualquier sitio de producción complejo, genera muchos desechos. Normalmente, eso no es un problema: los subproductos metabólicos como proteínas, gases y desechos celulares se eliminan a través de una intrincada red de eliminación de desechos. Pero cuando este sistema de drenaje falla y se acumulan desechos, el riesgo de enfermedades neurológicas como el Alzheimer aumenta significativamente.
Para comprender mejor cómo exactamente el cerebro elimina los desechos tóxicos y potencialmente descubrir formas de prevenir enfermedades neurodegenerativas, investigadores del Instituto Gladstone de Enfermedades Neurológicas en San Francisco desarrollaron un nuevo trazador que revela el sistema de eliminación de desechos del cerebro con un detalle sin precedentes sin interrumpir el delicado proceso en sí, como solían hacer los fluidos de contraste anteriores.
“Finalmente tenemos una manera de estudiar cómo se limpia el cerebro”, dijo el líder del estudio, Andrew Yang, en un comunicado de prensa. “Y lo usamos para descubrir mucha biología inesperada”.
Seguimiento del sistema de eliminación de desechos del cerebro
El estándar de oro para estudiar el movimiento dentro de las redes neurológicas implica inyectar sustancias trazadoras en el líquido cefalorraquídeo, el líquido que rodea el cerebro y la médula espinal. Pero debido al volumen adicional introducido en el sistema cerebral, el exceso de líquido puede alterar los procesos cerebrales normales y, a menudo, produce sólo una imagen amplia del flujo de líquido en lugar de resaltar vías que podrían estar relacionadas con enfermedades neurológicas.
“Estos trazadores inyectados perturban el mismo sistema que intentamos medir”, dijo Yang. “Queríamos encontrar una mejor manera”.
En lugar de seguir el movimiento del fluido a través del sistema de drenaje, los investigadores decidieron seguir ellos mismos los productos de desecho. Para hacer esto, diseñaron neuronas en ratones para producir y excretar una proteína fluorescente fácilmente rastreable llamada ZsGreen. Luego, el equipo pudo observar la proteína mientras salía del cerebro a través de la duramadre (la membrana que rodea el cerebro), así como a través de la cavidad nasal y los ganglios linfáticos.
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Un nuevo rastreador revela rutas de residuos desconocidas
Utilizando el nuevo sistema, los científicos observaron por primera vez cómo las células a lo largo de las vías de eliminación de desechos del cerebro interactuaban con los subproductos. También mapearon rutas de drenaje que no habían sido detectadas con los trazadores tradicionales.
“Nos sorprendió descubrir que muy poco ZsGreen drenaba a los ganglios linfáticos cervicales”, explicó Yang. “En cambio, los desechos drenaron a través de la duramadre, el cráneo y la cavidad nasal”.
Los investigadores también descubrieron que las rutas de drenaje dependían del lugar de origen de los desechos. Las proteínas de las regiones superiores del cerebro salían a través de vías de drenaje superiores, mientras que los desechos de regiones más profundas y centralizadas seguían rutas diferentes.
La velocidad del drenaje también varió. Los científicos plantearon la hipótesis de que un drenaje más lento en ciertas áreas puede permitir que las células inmunes se familiaricen con las proteínas derivadas del cerebro, evitando que ataquen por error el tejido cerebral sano.
La eliminación de residuos se deteriora con las enfermedades y el envejecimiento
El nuevo método también reveló cómo cambia el drenaje de desechos durante la enfermedad. En ratones con Alzheimer, el marcador fluorescente quedó atrapado dentro del cerebro en lugar de eliminarse de manera eficiente.
“Es como si cada región del cerebro tuviera un sistema de código postal biológico para garantizar que los desechos se envíen al sitio de drenaje correcto”, dijo la coautora del estudio Nalini Rao en el comunicado. “Creemos que con el envejecimiento o las enfermedades, estos códigos postales pueden mezclarse, lo que hace que los desechos terminen en los lugares equivocados. Esto podría explicar por qué ciertas regiones del cerebro son más vulnerables a enfermedades como el Alzheimer”.
Ahora que los investigadores tienen una comprensión más clara de la dinámica de drenaje del cerebro, esperan investigar cómo el envejecimiento y las enfermedades alteran el sistema. También pretenden desarrollar terapias dirigidas a vías de drenaje específicas y estudiar cómo los hábitos saludables, como un sueño de calidad, pueden favorecer la eliminación de desechos.
“Con estos nuevos métodos, podremos comenzar a abordar algunas preguntas de larga data sobre la biología de la eliminación de desechos cerebrales”, dijo Yang.
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