Cuando el cerebro sufre una agresión grave resultado de un accidente automovilístico por ejemplo, una de las consecuencias más comunes y preocupantes es la que resulta en el daño de los axones. Los axones son esas estructuras alargadas que salen del centro del cuerpo de las neuronas y que transportan las señales a otras neuronas. Son una parte esencial del cableado del cerebro y muchas veces alcanzan unas longitudes asombrosas: pueden ir desde el cerebro mismo hasta la médula espinal.

Pero los axones, robustos como parecen son más bien delgados y frágiles. Cuando el cerebro sufre una conmoción fuerte, los axones con frecuencia se ven sobrepasados y o bien se rompen o se degeneran.

Eso es lo que saben los neurólogos, aunque lo que no es claro es lo que ocurre después de ese daño. Qué les sucede a las neuronas.

“Encontrar lo que pasa en el mecanismo neuronal después del daño ha sido un tremendo desafío”, dice Anne Marion Taylor, profesora de la Universidad de Carolina del Norte en su sección de Ingeniería Biomédica. “Pero creemos que al fin hemos podido descifrar una parte clave de lo que pasa y por qué”.

Los científicos saben que un axón cortado puede hacer que las neuronas pierdan sus conexiones con otras, de forma inmediata. Esas conexiones, muy parecidas a las ramas de un árbol se extienden desde el cuerpo de la neurona, en distancias cortas y se denominan dendritas. Las dendritas a su vez tienen un sinnúmero de protuberancias, las espinas, que son al final las que establecen las conexiones o sinapsis. Son las espinas de las dendritas las que disminuyen en número cuando se corta un axón. Sería como si la sacudida de una rama de un árbol, éste real, lleno de frutas, hace que ellas caigan al suelo.

Al tiempo que la neurona herida pierde conectividad, se vuelve más excitable: dispara más señales por su axón trunco que las que recibiera de otras neuronas. Las neuronas, de forma normal tienen una mezcla de entradas de estímulos. Algunos son excitatorios, llevando las neuronas a encenderse y otros son inhibitorios, manteniéndolas quietas. Las neuronas que han sufrido el daño en sus axones pierden el equilibro entre estos dos estímulos, manteniéndose en un estado de constante excitación.

Esta excitabilidad aumentada en las semanas y meses que siguen a un accidente, se cree que sea en gran parte un proceso de adaptación, una respuesta provechosa: un cambio a un estado de búsqueda, al igual que sucede con el cerebro en desarrollo. Este cambio incrementaría la posibilidad de que la neurona con el axón roto pueda encontrar un nuevo compañero y así seguir siendo un miembro productivo de la sociedad neuronal.

“Los neurólogos saben esto”, dice Taylor. “Es la razón por la que prescriben terapia física y sesiones de entrenamiento a quienes han sufrido un accidente que compromete la cabeza. Durante este período extenso de excitabilidad neuronal, la fisioterapia y el re-entrenamiento pueden guiar a las neuronas heridas a encontrar nuevas vías provechosas”.

Pero el proceso no es inocuo y puede ocasionar problemas. Una neurona puede morirse por sobre-excitación. La hiperactividad neuronal después de un daño puede llevar a dolor intratable, espasmos musculares o agitación en quien ha sufrido el golpe en su cabeza. En los días siguientes al golpe, los médicos tratan al herido con medicamentos como la gabapentina, diseñado de forma específica para suprimir la híper excitabilidad neuronal.

Lo que los científicos no han entendido aún muy bien son los detalles biológicos, de cómo y por qué la pérdida de las espinas de las dendritas lleva a esa híper excitabilidad. Tal vez esos detalles sean tan elusivos por la naturaleza de maraña que caracteriza al cerebro y sus conexiones, algo que vuelve casi imposible aislar una única neurona y su axón para su manipulación y su análisis, bien sea en una caja de petri o en un animal de laboratorio.

Hace algunos años, como estudiante de posgrado en Ingeniería Biomédica en la Universidad de California, Taylor inventó un aparato que le podría ayudar a resolver el problema. Es una cámara de microfluidos con pequeñísimas elevaciones que atrapan axones individuales de neuronas cultivadas, a medida que se alargan.

“Los axones no pueden darse la vuelta, así que se mantienen rectos hasta que alcanzan un compartimento separado. Ahí podemos cortar uno y mirar sus respuestas en neuronas y dendritas asociadas a él, de forma aislada”, dice Taylor.

Taylor y sus colegas usaron el aparato en este nuevo estudio para analizar lo que pasa cuando un axón es cortado. Encontraron que eventos dentro de la neurona misma llevan a la pérdida de las espinas de las dendritas y a la híper excitabilidad. Señales originadas en el sitio de la herida se mueven de forma rápida hacia la parte del axón que queda y hacia el cuerpo y el núcleo de la neurona. Esas señales lo que hacen es alterar de forma rápida la actividad de los genes. La actividad de uno de los genes alterados y que codifica para una proteína llamada netrin-1, disminuyó de forma notoria, señalando su papel esencial como respuesta a la ruptura de los axones.

Cuando Taylor y sus colegas adicionaron netrin-1 a las neuronas con sus axones rotos hasta llevarla a los niveles normales, los resultados fueron fantásticos: incluso dos días después del corte del axón, el tratamiento revertió de forma rápida todas las pérdidas de las espinas en las dendritas y mucho de la híper excitabilidad.

“Un hallazgo increíble, aún cuando el tratamiento se aplica días después del corte. Todavía estamos algo lejos, pero todos tenemos gran esperanza en poder traducir estos hallazgos con la netrin-1 en una nueva terapia. Hará lo mismo que los medicamentos usados para tratar los golpes y heridas en la cabeza sólo que lo hará mejor y de una forma más precisa”, finaliza Taylor.

Referencia:

Tharkika N., et al. Distal axotomy enhances retrograde presynaptic excitability onto injured pyramidal neurons via trans-synaptic signaling. Nature Communications, 2017

Más información en el Blog de Josefina Cano: Cierta Ciencia