MIT, nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson

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Helen Schwerdt, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Ann Graybiel, construye sondas ultrafinas que apuntan a las microestructuras cerebrales con una precisión milimétrica. Foto: Michael D. Spencer

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Los científicos descubren nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson

La herramienta desarrollada en el MIT mide simultáneamente señales cerebrales químicas y eléctricas, revelando una relación inesperadamente compleja entre las señales cerebrales.

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A medida que el cerebro procesa la información, las cargas eléctricas atraviesan sus circuitos y los neurotransmisores transmiten mensajes moleculares de una célula a otra. Ambas formas de comunicación son vitales, pero debido a que generalmente se estudian por separado, se sabe poco acerca de cómo funcionan juntas para controlar nuestras acciones, regular el estado de ánimo y realizar las otras funciones de un cerebro sano.

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Los neurocientíficos del laboratorio de Ann Graybielen el Instituto McGovern de Investigación del Cerebro del MIT están analizando más de cerca la relación entre estas señales eléctricas y químicas. “Considerar las señales eléctricas junto con las señales químicas es realmente importante para comprender cómo funciona el cerebro”, dice Helen Schwerdt , postdoctorado en el laboratorio de Graybiel. Comprender que la relación también es crucial para desarrollar mejores formas de diagnosticar y tratar los trastornos del sistema nervioso y las enfermedades mentales, dice, y señala que los medicamentos que se usan para tratar estas afecciones suelen tener como objetivo modular la señalización química del cerebro, aunque es más probable que se realicen estudios de la actividad cerebral. para centrarse en señales eléctricas, que son más fáciles de medir.

Schwerdt y sus colegas en el laboratorio de Graybiel han desarrollado nuevas herramientas para que las señales químicas y eléctricas puedan, por primera vez, medirse simultáneamente en el cerebro de los primates. En un estudio publicado el 25 de septiembre en Science Advances , utilizaron esas herramientas para revelar una relación inesperadamente compleja entre dos tipos de señales que se interrumpen en pacientes con enfermedad de Parkinson : la señalización de dopamina y ondas coordinadas de actividad eléctrica conocidas como oscilaciones de banda beta.

 

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Helen Schwerdt, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Ann Graybiel, construye sondas ultrafinas que apuntan a las microestructuras cerebrales con una precisión milimétrica. Foto: Michael D. Spencer

 

 

 

 

La herramienta que mide simultáneamente señales químicas y eléctricas revela una relación compleja entre las señales cerebrales asociadas con los pacientes de Parkinson.

 

Relación complicada

El equipo de Graybiel centró su atención en la actividad de la banda beta y la señalización de la dopamina porque los estudios de pacientes con enfermedad de Parkinson habían sugerido una relación inversa directa entre los dos. Los temblores, la lentitud de movimiento y otros síntomas asociados con la enfermedad se desarrollan y progresan a medida que disminuye la producción cerebral del neurotransmisor dopamina y, al mismo tiempo, las oscilaciones de la banda beta aumentan a niveles anormales. Las oscilaciones de la banda beta normalmente se observan en partes del cerebro que controlan el movimiento cuando una persona está prestando atención o planea moverse. No está claro qué hacen o por qué se alteran en pacientes con enfermedad de Parkinson. Pero debido a que los síntomas de los pacientes tienden a ser peores cuando la actividad beta es alta, y debido a que la actividad beta se puede medir en tiempo real con sensores colocados en el cuero cabelludo o con un dispositivo de estimulación cerebral profunda que se ha implantado para el tratamiento, los investigadores tienen esperanzas. que podría ser útil para monitorear la progresión de la enfermedad y la respuesta de los pacientes al tratamiento. De hecho, ya se están realizando ensayos clínicos para explorar la efectividad del tratamiento modulador de estimulación cerebral profunda basado en la actividad beta.

Cuando Schwerdt y sus colegas examinaron estos dos tipos de señales en los cerebros de los macacos rhesus, descubrieron que la relación entre la actividad beta y la dopamina es más complicada de lo que se pensaba. Sus nuevas herramientas les permitieron monitorear simultáneamente ambas señales con extraordinaria precisión, apuntando a partes específicas del cuerpo estriado, una región profunda dentro del cerebro involucrada en el control del movimiento, donde la dopamina es particularmente abundante, y tomando medidas en la escala de tiempo de milisegundos para capturar neuronas. Comunicaciones rápidas.  nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson

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monitorear los cambios de dopamina en un segundo de las sondas implantadas crónicamente en primates

Tomaron estas medidas mientras los monos realizaban una tarea simple, dirigiendo su mirada en una dirección particular en anticipación de una recompensa. Esto permitió a los investigadores rastrear señales químicas y eléctricas durante el movimiento activo y motivado de los ojos de los animales. Descubrieron que la actividad beta aumentó a medida que disminuía la señalización de la dopamina, pero solo en ciertas partes del cuerpo estriado y durante ciertas tareas. El valor de recompensa de una tarea, las experiencias pasadas de un animal y el movimiento particular que realizó el animal afectaron la relación entre los dos tipos de señales.

“Lo que esperábamos está ahí en la vista general, pero si solo miramos un nivel diferente de resolución, de repente las reglas no se cumplen”, dice Graybiel, quien es profesor del Instituto MIT. “No destruye la probabilidad de que uno quiera recibir un tratamiento relacionado con esta supuesta relación opuesta, pero sí dice que hay algo más aquí de lo que no hemos sabido”.  nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson    nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson  nuevas pistas sobre la enfermedad de Parkinson

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Michael Cima,

Los investigadores dicen que es importante investigar esta relación más matizada entre la señalización de la dopamina y la actividad beta, y que comprenderla más profundamente podría conducir a mejores tratamientos para los pacientes con enfermedad de Parkinson y trastornos relacionados. Si bien planean continuar examinando cómo los dos tipos de señales se relacionan entre sí en diferentes partes del cerebro y bajo diferentes condiciones de comportamiento, esperan que otros equipos también aprovechen las herramientas que han desarrollado. “A medida que estos métodos en neurociencia se vuelven cada vez más precisos y deslumbrantes en su poder, estamos destinados a descubrir cosas nuevas”, dice Graybiel.

Junto a Graybiel y Schwerdt en el estudio están Michael Cima, profesor de ingeniería David H. Koch en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y miembro del Instituto Koch del MIT para la Investigación Integrativa del Cáncer; Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch y miembro del Instituto Koch; Robert Desimone, director del Instituto McGovern; Los científicos de investigación del MIT Ken Amemori, Dan Gibson, Narcisse Bichot, Satoko Amemori; y los técnicos de laboratorio de Graybiel Lauren Stanwicks y Tomoko Yoshida.

Este estudio fue apoyado por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas, el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares, la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos, la Fundación Saks Kavanaugh, la Fundación Nacional de Ciencias, Kristin R. Pressman y Jessica J. Pourian ’13 Fund y Robert Buxton.

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