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El estudio in vivo del tejido neuronal humano es una práctica muy poco habitual. Para llevar a cabo este tipo de investigaciones científicas se requieren pacientes dispuestos a participar en los estudios, neurocirujanos que recolecten y entreguen las muestras en buenas condiciones, neurocientíficos especializados que además cuenten con las instalaciones de investigación y la tecnología necesarias para estudiar estos tejidos, además de especialistas en ética que velen con las máximas garantías por los derechos y la seguridad de los pacientes. Es por ello que el trabajo llevado a cabo por científicos del Instituto Krembil de Neurociencias y el Centro para el estudio de la Adicción y la Salud Mental -CAMH– de Toronto, podría ser revolucionario. Se trata de una investigación en la que, valiéndose del acceso poco común a estudio de tejido cortical humano vivo, han logrado identificar algunas de las características funcionales más importantes que hacen que nuestras neuronas sean únicas. Los resultados fueron publicados en un artículo titulado «Diversity amongst human cortical pyramidal neurons revealed via their sag currents and frequency preferences».
«El objetivo de este estudio fue comprender qué hace que las células del cerebro humano sean ‘humanas’ y cómo funcionan sus circuitos»
La investigación fue una de las primeras de su tipo llevado a cabo en neuronas humanas vivas y uno de los más grandes realizados sobre la diversidad de células piramidales corticales humanas hasta la fecha. También conocidas como neuronas piramidales, estas células, cuyo descubrimiento y primeros estudios debemos a Santiago Ramón y Cajal, se hallan en diversas partes del cerebro, como la corteza cerebral, el hipocampo o la amígdala. De ellas se sabe que son fundamentales en el control motor y se cree que juegan un papel muy importante en mayoría de tareas cognitivas complejas como la expresión de la personalidad, los procesos de toma de decisiones o la adecuación del comportamiento social a cada momento.
«El objetivo de este estudio fue comprender qué hace que las células del cerebro humano sean ‘humanas’ y cómo funcionan sus circuitos» declara el neurocirujano Taufik Valiante, científico adscrito al Instituto Krembil de Neurociencias y coautor principal del artículo que se publica en la revista Nature Communications. «Queríamos comprender cómo las células piramidales humanas, la clase principal de neuronas en el neocórtex, difieren entre las capas superior e inferior del este», añade el coautor de estudio, el doctor Shreejoy Tripathy, del Centro Krembil de Neuroinformática en el CAMH. «En particular, queríamos comprender cómo las características eléctricas de estas neuronas podrían apoyar diferentes aspectos de la comunicación entre capas y la generación de ritmos cerebrales, de los cuales, sabemos que se interrumpen en ciertas enfermedades cerebrales como la epilepsia», matiza.
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«En la actualidad se sabe poco acerca de las formas y propiedades eléctricas de las neuronas humanas adultas vivas debido a la rareza de obtener tejido cerebral humano vivo, ya que aparte de las cirugías realizadas para el tratamiento de la epilepsia, existen muy pocas oportunidades para obtener este tipo de muestras» explica Valiante. Sin embargo, durante una cirugía rutinaria en pacientes con epilepsia y tumores, previo consentimiento de los mismos, el equipo empleó el tejido cerebral extraído para caracterizar la morfología y propiedades de las células individuales dentro de varios cortes de tejido cerebral.
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En total, el equipo pudo analizar más de 200 neuronas de 61 pacientes, lo que refleja el mayor conjunto de datos de su tipo obtenidos hasta la fecha y encapsula casi una década de trabajo minucioso. Tras un examen inicial, los miembros del Centro Krembil de Neuroinformática utilizaron nuevos análisis de datos a gran escala para identificar las propiedades que distinguían a las neuronas de esta cohorte entre sí. Luego los resultados se compararon con los de otros centros que realizan un trabajo similar con muestras de tejido cerebral humano, como el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro en Seattle, Washington.
Entre sus conclusiones, el equipo de Valiante y Tripathy descubrió que existe una enorme diversidad entre las células piramidales neocorticales humanas, así como que dependiendo de su posición en el neocórtex, también difieren en su comportamiento eléctrico y fisiológico. También encontraron diferencias notables e inesperadas entre sus hallazgos y experimentos similares en modelos preclínicos con animales, algo que el doctor Tripathy cree que probablemente refleja la expansión masiva del neocórtex humano en comparación con otros mamíferos y primates. «Los resultados también nos proporcionan una hipótesis plausible para la generación de ritmos theta corticales humanos – oscilaciones electromagnéticas detectadas en el cerebro humano generalmente asociadas al sueño- impulsados por neuronas de capa profunda», añade por su parte la autora principal del artículo, la doctora Homeira Moradi Chameh, del departamento de Neurociencia Clínica y Computacional del Instituto Krembil de Neurociencias
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«Este conjunto de datos único nos permitirá construir modelos computacionales del cerebro humano de un valor incalculable para el estudio de neuropatologías puramente humanas», comenta otro de los coautores del estudio, el doctor Scott Rich, investigador postdoctoral en el laboratorio del Dr. Valiante. «Por ejemplo, se sabe que las propiedades celulares que impulsan muchas de las características únicas identificadas en estas neuronas se alteran en ciertos tipos de epilepsia. Al implementar estas características en modelos computacionales, podremos estudiar cómo estas alteraciones afectan, a diversas escalas espaciales en el cerebro humano, las dinámicas relacionadas con la epilepsia. Posteriormente, la traducción de estos hallazgos de ‘ciencia básica’ en potenciales aplicaciones clínicas podría a abrir la puerta a nuevas vías para la investigación y el tratamiento de esta terrible enfermedad», concluye.
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