Un grupo de aminoácidos que suelen contribuir a la función cerebral después de un ictus o una lesión cerebral traumática (LCT) contribuyen de forma significativa a la destrucción del cerebro que puede seguir a estas dos lesiones, según un estudio en el que ha participado la investigadora española Iris Álvarez-Merz, neurocientífica y estudiante de posgrado de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM).
Esta investigación, publicada en la revista científica 'GLIA' y financiada por los ministerios de Ciencia e Innovación y Universidades, aporta por primera vez la sorprendente evidencia de que cuatro aminoácidos comunes no excitantes que suelen formar proteínas esenciales para la función cerebral, provocan en cambio una inflamación irreversible y destructiva tanto de los astrocitos que sustentan las neuronas como de las propias neuronas
"Hay muchas formas de matar a las neuronas. Esta es una de las que la gente no ha pensado", reflexiona el líder del estudio, Sergei Kirov, neurocientífico del Departamento de Neurociencia y Medicina Regenerativa del Colegio Médico de Georgia (Estados Unidos).
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Tanto el ictus provocado por la rotura u obstrucción de un vaso sanguíneo en el cerebro como el traumatismo craneoencefálico (TCE) alteran las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos del cerebro y que ayudan a garantizar que no se escape nada de nuestra sangre que pueda dañar el cerebro. Se denomina barrera hematoencefálica y, tras este tipo de acontecimientos cerebrales importantes, la barrera protectora puede presentar fugas y sus componentes pueden escapar.
El plasma, la parte fluida de la sangre, se escapa pronto hacia las zonas cerebrales cercanas, ya estresadas, y con él llegan estos aminoácidos, que forman las proteínas, un componente fundamental de nuestras células y músculos.
Normalmente, las moléculas pequeñas, como el oxígeno, son las que pueden atravesar la barrera hematoencefálica, y las moléculas más grandes, como estos aminoácidos, tienen un sistema estrechamente regulado que garantiza que la cantidad correcta del factor adecuado llegue directamente a las células que lo necesitan.
Los transportadores que se encuentran en las membranas de las células endoteliales permiten la entrega de determinados elementos, incluidos los aminoácidos y la glucosa, y pueden transportar alguna otra molécula en el viaje de vuelta.
El aminoácido excitador más común, el glutamato, que como su nombre indica excita a las neuronas a la acción, también es transportado por los transportadores. El glutamato es un mensajero químico o neurotransmisor que se une al receptor NMDA, que desempeña un papel importante en un sinfín de funciones clave como el aprendizaje y la memoria y la respiración.
Una de las formas en que funciona es activando los canales que permiten la entrada de elementos como el calcio, el sodio y el potasio, pero, como ocurre con la mayoría de las cosas en el cuerpo, una activación excesiva del receptor implica un exceso de calcio y sodio, seguido de un exceso de líquido, que se sabe que es letal para las neuronas.
El equipo científico dirigido por Kirov decidió examinar los aminoácidos no excitatorios, menos estudiados. Utilizaron una sofisticada tecnología que incluye la microscopía láser de dos fotones, que les permite observar en tiempo real el tejido vivo, en este caso rodajas de cerebro, e imágenes de alta resolución facilitadas por la microscopía electrónica para examinar directamente el tejido en busca de evidencias de lesiones en astrocitos y neuronas por parte de cuatro de estos aminoácidos no excitatorios: L-alanina, glicina, L-glutamina y L-serina, que son algunos de los más abundantes en el plasma.
Una vez que la barrera hematoencefálica se volvió permeable, los astrocitos y las neuronas se inundaron de estos aminoácidos. Las células cerebrales se llenaron literalmente de ellos, lo que, a su vez, aumentó el sodio dentro de las células. El sodio atrajo el agua, por lo que las células cerebrales expandidas ocuparon más espacio, lo que por sí solo es peligroso en los confines cerrados del cráneo.
Los astrocitos, acostumbrados a cuidar de las neuronas, intentaron ahora protegerse abriendo canales que permitieran escapar el exceso de agua y moléculas. El glutamato también se escapó en ese punto, lo que sobreestimuló los receptores NMDA, que a su vez sobreestimaron las neuronas que pueden lesionarse, agrandarse dramáticamente, estallar y morir, en un círculo vicioso y mortal.
"Utilizamos la microscopía electrónica para observar las sinapsis donde se produce la transmisión y todo estaba desordenado", dice Kirov, que se sorprendió mucho por la cantidad de daño inducido por los aminoácidos no excitatorios.
Para confirmar los sorprendentes hallazgos, eliminaron los aminoácidos no excitatorios, y la capacidad de comunicación de las neuronas se restableció tras 30 minutos de oxígeno adecuado, en lugar de empeorar el daño que se producía cuando estaban presentes.
Cuando inhibieron los receptores NMDA durante la hipoxia, los aminoácidos no excitatorios volvieron a no tener el mismo impacto perjudicial.
"Nadie esperaba que estos aminoácidos no excitatorios causaran tanto daño", reitera Kirov. El investigador anticipaba que, en el peor de los casos, el equipo científico encontraría que la función habitual de estos aminoácidos se desperdiciaría porque la dinámica habitual en el cerebro había sido alterada por un accidente cerebrovascular o TBI.
Pero su papel manifiesto en la destrucción resultante hace que la intervención en el círculo vicioso sea un objetivo claramente novedoso en la destrucción que sigue a un ictus o TBI, dice Kirov. Los transportadores que mueven los aminoácidos pueden ser un buen primer objetivo, dice, con algún tipo de intervención farmacológica localizada para prevenir o reducir su acción en las secuelas inmediatas de un ictus o TBI.
El investigador señala que este nuevo enfoque probablemente se combinaría con otros ya existentes que incluyen, por ejemplo, medidas quirúrgicas para reducir la presión en el interior del cráneo cuando ésta sea demasiado elevada.
Iris Álvarez-Merz trabajó con Kirov durante varios meses y realizó las sofisticadas pruebas que identificaron el daño resultante. Tenía algunas conclusiones preliminares basadas en estudios de electrofisiología menos sofisticados que sólo observan la actividad eléctrica extracelular, pero se necesitaban técnicas más avanzadas, como las disponibles en el laboratorio de Kirov, para establecer asociaciones claras entre los aminoácidos no excitatorios y el daño cerebral que puede seguir al ictus y al TCE.
Hasta el 90 por ciento de los pacientes con estas lesiones cerebrales experimentan daños colaterales en el tejido cerebral adyacente al lugar de la lesión, denominado penumbra, horas y a veces incluso días después, lo que empeora el daño y las posibles perspectivas de recuperación.
El glutamato, el neurotransmisor excitatorio más abundante, normalmente es reciclado continuamente por el organismo. Los astrocitos lo convierten en glutamina, un aminoácido, que es captado por las neuronas, que lo vuelven a convertir en glutamato. El exceso de glutamato se asocia a enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson.
