EUROPA PRESS - Bioingenieros de la Universidad de Harvard han identificado, por primera vez, el mecanismo de la lesi贸n axonal difusa y han explicado por qu茅 el vasoespasmo cerebral es m谩s com煤n en las lesiones cerebrales inducidas por explosiones que en las lesiones cerebrales sufridas por los civiles. La investigaci贸n se centra en dos aspectos principales de la lesi贸n cerebral traum谩tica, con importantes resultados para el tratamiento m茅dico de los soldados heridos por las explosiones.
Dos art铆culos, publicados en ‘Proceedings of the National Academy of Sciences’ (PNAS) y en ‘PLoS One’, ofrecen la explicaci贸n m谩s completa hasta la fecha de c贸mo las fuerzas mec谩nicas se pueden traducir en sutiles cambios fisiol贸gicos desastrosos para las neuronas del cerebro y los vasos sangu铆neos.
“Estos resultados han tardado mucho en llegar”, en palabras del investigador principal, Kevin Kit Parker, profesor de bioingenier铆a en el School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) de Harvard y comandante en el ej茅rcito de los Estados Unidos. “Regresan muchos hombres y mujeres j贸venes del servicio militar con lesiones cerebrales, y聽 no sabemos c贸mo ayudarlos.”
Cuando el cerebro sufre fuertes sacudidas, como ocurre ante una explosi贸n de bomba cercana, el delicado tejido se golpea contra el cr谩neo. El resultado, si la persona sobrevive, puede ser una contusi贸n temporal, una hemorragia, o una lesi贸n cerebral traum谩tica permanente, que puede incluso conducir a la aparici贸n 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 t茅cnicas m谩s avanzadas en ingenier铆a de tejidos - esencialmente creando un cerebro vivo en un chip — bi贸logos, f铆sicos, ingenieros, y cient铆ficos 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 lesi贸n axonal difusa, lo que ofrece orientaci贸n a la investigaci贸n sobre tratamientos terap茅uticos. Sus estudios demuestran que las integrinas, prote铆nas de los receptores integrados en la membrana celular, son el eslab贸n crucial entre las fuerzas externas y los cambios fisiol贸gicos internos.
Las integrinas conectan los componentes estructurales de la c茅lula (como la actina y otras prote铆nas del citoesqueleto) con la matriz extracelular que une a las c茅lulas en el tejido. En conjunto, esta red de componentes estructurales se conoce como complejo de adhesi贸n focal.
La investigaci贸n de Parker ha demostrado que las fuerzas desatadas por una explosi贸n f铆sica altera la estructura del complejo de adhesi贸n focal, lo que causa una reacci贸n en cadena de destrucci贸n molecular dentro de las c茅lulas nerviosas del cerebro. Dentro de la neurona, las integrinas normalmente median en la activaci贸n de las prote铆nas RhoA y Rho-kinasa (ROCK). Cuando el complejo de adhesi贸n focal se altera, la v铆a de se帽alizaci贸n Rho-ROCK se descontrola y dirige a la prote铆na actina para que retraiga los axones de las c茅lulas, desconectando a las neuronas entre s铆 y colapsando las redes celulares que constituyen el cerebro.
“Nuestra investigaci贸n ha demostrado que las fuerzas mec谩nicas abruptas, como las de las ondas de una explosi贸n transducidas por las integrinas, pueden resultar en una lesi贸n neural”, dijo Matthew A. Hemphill, que junto con Borna Dabiri y Gabriele Sylvain, es un el autor principal del art铆culo 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 lesi贸n, se reduce el n煤mero de inflamaciones focales. Creemos que m谩s estudios sobre la inhibici贸n de ROCK podr铆an conducir a tratamientos viables en el futuro cercano”.
Otra parte de la investigaci贸n llevada a cabo en el laboratorio de Parker ha resuelto otro misterio sobre la lesi贸n cerebral traum谩tica, explicando por qu茅 el vasoespasmo cerebral, un peligroso remodelador de los vasos sangu铆neos del cerebro, es m谩s frecuente en la lesi贸n cerebral traum谩tica causada por las explosiones que en otros tipos de trauma cerebral.
“Hasta ahora, otros investigadores de la lesi贸n cerebral traum谩tica se han centrado en los canales i贸nicos y en la membrana; y, en general, se ha aceptado que el vasoespasmo est谩 causado s贸lo por hemorragia. Resulta que es mucho m谩s complicado que eso”, dice Patrick W. Alford, autor principal del art铆culo publicado en ‘PNAS’. “Las integrinas y la se帽alizaci贸n de Rho-ROCK parecen tener un papel en la lesi贸n axonal difusa y en el vasoespasmo cerebral.”
Como se inform贸 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 investigaci贸n de Parker muestra que solo la fuerza de una explosi贸n tambi茅n puede causar vasoespasmo por s铆 misma.
Una explosi贸n crea un aumento de la presi贸n arterial, que se extiende a las paredes de los vasos sangu铆neos en el cerebro. Para este estudio, el equipo de bioingenieros de Parker construy贸 arterias artificiales, hechas de c茅lulas vasculares vivas, y utiliz贸 una m谩quina especial para estirarlas en un movimiento r谩pido, simulando una explosi贸n. Si bien esto no da帽贸 directamente la estructura celular, caus贸 una hipersensibilidad inmediata a la prote铆na endotelina-1. La endotelina-1 estimula las c茅lulas vasculares para absorber los iones de calcio, que afectan a la actina (la misma prote铆na involucrada en la retracci贸n de los axones).
En las 24 horas siguientes a la explosi贸n simulada, los tejidos vasculares sufrieron una hipercontracci贸n y un cambio fenot铆pico completo, lo que alter贸 la funci贸n general de los tejidos. Ambos comportamientos son caracter铆sticos del vasoespasmo cerebral.
Los investigadores observaron que las v铆as de se帽alizaci贸n de Rho-ROCK juegan un papel importante en el comportamiento de la actina y la contracci贸n de las c茅lulas. El equipo de Parker encontr贸 que la inhibici贸n de Rho poco despu茅s de la lesi贸n puede mitigar los efectos da帽inos de la explosi贸n en el sistema vascular del cerebro.
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