mayo 29, 2018

La Microglía




La microglía es un elemento clave en el funcionamiento normal del cerebro y,
 también, en muchas de las alteraciones y enfermedades que lo afligen

Las microglias son células gliales que aseguran la defensa inmunitaria del sistema nervioso central. También denominadas microgliocitos, estas células están formadas por macrófagos ubicados en la médula espinal y en el cerebro. Se caracterizan por su extrema movilidad. Representando entre el 5 y el 25% de las células del sistema nervioso central, estas células producen citoquinas, radicales libres y proteínas.

Descritas por primera vez por el investigador neurohistólogo español Pío del Río Hortega (1882-1945). Distinguió la microglía como un tipo celular independiente y bautizó a dichas células con su actual nombre.

Las células microgliales tienen capacidad fagocitaria, constituyen un 10% de las células del encéfalo y forman una red tridimensional bastante regular en la que cada microgliocito tiene un territorio único. Su superficie presenta muchas expansiones con numerosos procesos finos, asombrosamente móviles, con los que patrullan continuamente el ambiente tisular. A través de esta vigilancia detectan distintas señales extracelulares y luego las traducen, las integran y responden a ellas con el fin de mantener la homeostasis cerebral.

Las respuestas de la microglía pueden ser muy variadas y van a determinar en muchas ocasiones el desarrollo, empeoramiento o cura de un trastorno. De hecho, la microglía es un elemento clave en el funcionamiento normal del cerebro y, también, en muchas de las alteraciones y enfermedades que lo afligen.

El deterioro de la microglía durante los primeros años de vida podría implicar graves daños para el cerebro en desarrollo. Algunas enfermedades, como la Enfermedad de Nasu-Hakola (NHD), pueden considerarse microgliopatías primarias, mientras que en otras enfermedades la microglía está involucrada con otros factores genéticos y ambientales. Tanto la presencia de inflamación en el cerebro como la inactividad de la microglía pueden tomarse en consideración como marcadores de enfermedades neurodegenerativas.


La estructura de la microglía


Varía según las funciones que cumpla cada célula, el lugar en el que se encuentre y las señales químicas que reciba de neuronas colindantes. “Fenotipo” es la forma concreta que adopta cada microglía.

Se originan a partir de células progenitoras del mismo linaje que las que componen la sangre, localizadas probablemente en la médula ósea o en el saco vitelino anexo al embrión. Algunas de estas células migran al cerebro durante el desarrollo intrauterino; una vez llegadas a esta estructura se diferencian como microglía.


Funciones de estas células

La microglía es conocida principalmente por sus papeles inmunitario e higiénico; no obstante, también cumple otras funciones variadas, como el mantenimiento del equilibrio del medio extracelular del sistema nervioso o la reparación de tejidos dañados.

Su función principal consiste en reconocer las infecciones  bacteriana o vírica , tomar las primeras medidas necesarias con el fin de combatirlas y pedir ayuda a otras células inmunitarias. Son vigilantes permanentes del tejido cerebral solventando las pequeñas lesiones.

Fagocitosis  Eliminación de desechos

Estas células fagocitan (“devoran”) distintos tipos de compuestos del sistema nervioso central: células lesionadas y muertas, residuos, virus, bacterias, ovillos neurofibrilares, placas neuríticas... Tras la fagocitación tanto la microglía como su objetivo quedan inactivas, disminuyendo así el riesgo de que se altere el funcionamiento del sistema nervioso.

Mantenimiento de la homeostasis

La microglía envía señales a través de las citocinas a otros tipos de célula, como las neuronas, los astrocitos y los linfocitos T, implicados también en el sistema inmunitario. Entre las consecuencias de esta función destaca la regulación de la homeostasis del medio extracelular, así como el favorecimiento de la inflamación.

Inflamación y reparación de daños

Cuando un tejido del sistema nervioso central es dañado o infectado, la microglía facilita que se inflame; de este modo se inicia el proceso de reparación de las células lesionadas, a lo largo del cual estas células son muy importantes.

Además, si se producen daños en la médula espinal la microglía elimina las ramificaciones neuronales afectadas, permitiendo que se creen nuevas conexiones nerviosas.

Presentación de antígenos

Al inflamarse un tejido, los linfocitos T atraviesan la barrera hemato-encefálica y entran en el sistema nervioso central. Una vez aquí se unen con células de la microglía que han fagocitado antígenos  partículas a partir de las cuales se producen anticuerpos ; esto potencia la eliminación de amenazas y la recuperación de lesiones.

Destrucción de células  citotoxicidad

La microglía tiene la capacidad de destruir bacterias, virus, neuronas infectadas y otros tipos de célula mediante la liberación de peróxido de hidrógeno y de óxido nítrico. En ocasiones esta respuesta resulta excesivamente agresiva y daña cantidades importantes de tejidos sanos, provocando daños cerebrales aún mayores.


Enfermedades relacionadas con la microglía

Las disfunciones en la microglía se asocian a alteraciones muy diversas. Estas células parecen estar implicadas de forma relevante en enfermedades neurodegenerativas como la de Alzheimer, en la que se acumulan placas neuríticas y ovillos neurofibrilares en el cerebro: la citotoxicidad de la microglía ataca a neuronas sanas contiguas al tejido dañado.

Las células de la microglía desempeñan un papel similar en el desarrollo de demencia debida a la infección por VIH, el virus del sida. De hecho, esta enfermedad también afecta de forma directa a la microglía, infectándola y promoviendo la neurotoxicidad. La microglía interviene también en otras enfermedades infecciosas, como la encefalitis herpética y la meningitis bacteriana.

La investigación revela que la glía es importante en la aparición de dolor neuropático, que se manifiesta en alteraciones como la alodinia o el síndrome del miembro fantasma. Esto se debe a que se activan en respuesta a daños en los nervios y favorecen la liberación crónica de compuestos químicos asociados a la sensación de dolor.

Microglía y autismo

Entre las funciones en las que participa la microglía están la poda sináptica  esculpir los circuitos neuronales fagocitando elementos como terminales axónicos o espinas dendríticas  y la plasticidad neuronal.

Una poda aberrante de sinapsis durante periodos críticos del desarrollo puede ser una de las causas de trastornos del neurodesarrollo como el autismo.

En un cerebro sano la proporción de células microgliales fagocitando en un momento determinado es muy baja, lo que indica que hay un amplio potencial para reclutar más células en caso de necesidad. La microglía es también crucial para la regulación de la plasticidad sináptica dependiente de actividad, la neurogénesis adulta y el aprendizaje y la memoria.


Cuando la microglía coloniza el cerebro durante el desarrollo embrionario temprano, las alteraciones en el genoma o algunas influencias ambientales pueden alterar el desarrollo de estas células o su control de las poblaciones de neuronas y de sinapsis.

El análisis post-mortem de cerebros de personas con autismo ha encontrado alteraciones en el número, morfología e interacción con neuronas de las células de microglía, en particular en regiones como la corteza prefrontal dorsolateral que se encarga de las funciones ejecutivas. Los análisis de todo el genoma han encontrado alteraciones en los genes expresados por la microglía en algunas personas con autismo, incluyendo marcadores del estado inflamatorio.

Con respecto a las señales ambientales, según como la microglía responde a las moléculas pro-inflamatorias, cualquier situación que genere una inflamación general o localizada durante períodos críticos del desarrollo puede producir efectos que sean de por vida. Esto explicaría también porqué algunas infecciones prenatales y de la madre aumentan el riesgo de autismo en sus hijos.

Hay varias fases en el desarrollo temporal de la microglía en las que son sensibles a factores genéticos y ambientales, tales como alteraciones en el microbiota o una activación inmunitaria materna.

Por tanto, la disrupción del entorno genético o ambiental de la microglía, tanto durante el desarrollo como en su funcionamiento posterior, puede ser relevante para los trastornos del espectro autista (TEA).

Microglia y Alzheimer

En los últimos años, han surgido numerosas evidencias que apoyan la implicación de la inmunidad innata, y, en particular, la microglía en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer (EA).

Los agregados de proteínas que se depositan en la EA son reconocidos por receptores de la microglía y, en consecuencia, desencadenan una respuesta de la inmunidad innata, caracterizada por la liberación de varios mediadores inflamatorios, quienes contribuyen a la progresión de la enfermedad.

Asimismo, los últimos estudios genéticos han mostrado que varios genes relacionados con la inmunidad innata se asocian con el riesgo de padecer EA. El estudio del líquido céfalo-raquídeo (LCR) ha demostrado ser de gran utilidad en la enfermedad de Alzheimer y en otras enfermedades neurodegenerativas.

Una multitud de trabajos ha determinado también los niveles de citoquinas y otros mediadores de la inmunidad innata en el LCR pero con resultados muy inconsistentes. Una de las razones de estas inconsistencias reside en no tener en cuenta la variable tiempo, es decir, el estadio de la enfermedad en que el sujeto se encuentra. No basta con comparar sujetos con EA con pacientes sanos. En la actualidad, es bien conocido que la EA es una enfermedad que se desarrolla en varios años o incluso décadas. Después de una larga fase pre-clínica, aparecen los primeros síntomas leves que posteriormente evolucionarán a la fase de demencia, durante la cual las actividades de la vida diaria del individuo se ven afectadas.

Definir adecuadamente la secuencia de eventos patológicos que ocurren en la evolución de la enfermedad es clave no sólo para conocerla mejor, sino también para hallar nuevos métodos terapéuticos y determinar en qué momento de la evolución de la enfermedad éstos se han de aplicar. En la EA, el tiempo importa.

A pesar de la evidente implicación de la microglía en la EA, no se conoce el momento en la evolución de la EA en el cual la activación de la microglía desempeña un papel más relevante.

Microglía y enfermedades neurodegenerativas

La muerte de neuronas es un proceso natural de envejecimiento que ocurre en el desarrollo normal del sistema nervioso de todos nosotros. Un fenómeno neuronal al que estamos abocados todos los seres humanos.

En condiciones normales, la eliminación de esta “basura” cerebral permite que el tejido cerebral próximo no sufra ningún tipo de alteración y pueda seguir funcionando de forma adecuada. Este proceso de eliminación se denomina fagocitosis, y las encargadas de realizarlo son las llamadas células de la microglía, que elaboran la primera reacción inmune natural del cerebro, crucial para preservar la integridad del sistema nervioso.

La fagocitosis, por lo tanto, es un proceso esencial para mantener la homeostasis ante un gran número de enfermedades inflamatorias y autoinmunes. Pero su papel en el cerebro está poco estudiado.

Las células de la microglía están continuamente analizando su medio. Presentan una gran cantidad de ramificaciones que están en constante movimiento por todo el cerebro. Gracias a esta particularidad, cuando se produce un daño en el sistema nervioso, reaccionan y migran hacia la zona en cuestión.

Una vez allí, repararan el tejido liberando diferentes componentes que permiten eliminar elementos extraños, no deseados o dañados, mediante la fagocitosis. Sin embargo, estos componentes, en algunas ocasiones, pueden afectar a las neuronas sanas y provocar una eliminación excesiva e innecesaria de neuronas. Esto, que ocurre en enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer, origina un ambiente patológico.

Al menos, esto era lo que se creía que ocurría, pues se presuponía la eficacia de la microglía como recolectoras y destructoras (fagocitos) de residuos, también en cerebros enfermos.

Sin embargo, la nueva investigación señala que puede ocurrir todo lo contrario, en cerebros enfermos o lesionados, la microglía no elimina las neuronas muertas que sí deberían de ser eliminadas para evitar una respuesta inflamatoria del cerebro. Este hecho tendría una grave repercusión patológica.


Investigación

Papel de la glía en la enfermedad de Alzheimer (EA)

En la revisión bibliográfica realizada por la Universidad de Ciencias Médicas de La Habana, publicada en Neurología  de junio 2014, se discute el papel de la glía, específicamente de la microglía y el astrocito en la fisiopatología de la EA y las posibles implicaciones terapéuticas.

La emergente evidencia del papel patogénico y la activación de vías de inflamación a partir de la microglía y el astrocito, los factores neurotóxicos liberados por estas células cuando están activadas, y cómo estos pueden desestabilizar la homeostasis del sistema nervioso central, sostienen la idea de que la inflamación inducida por la glía amplifica la EA.

La inhibición de la inflamación por inactivación de la glía, pudiera reducir la producción de factores que contribuyen con la toxicidad, resultando ser un beneficio clínico. La microglía y el astrocito constituyen blancos terapéuticos en el desarrollo de nuevos fármacos para combatir esta enfermedad. Estrategias terapéuticas diseñadas para contrarrestar el efecto perjudicial de la sobre-activación de estas poblaciones celulares deben ser investigadas.

La enfermedad de Alzheimer es una compleja enfermedad neurodegenerativa caracterizada por inflamación, neurotoxicidad, estrés oxidativo y gliosis reactiva. La microglía y los astrocitos no solo actúan como células presentadoras de antígenos, sino que constituyen células efectoras, liberando moléculas pro-inflamatorias que promueven la excito-toxicidad y la neurodegeneración.


Descubren un mecanismo que podría curar la adicción a la cocaína

Según un estudio del Departamento de Neurología y Neurocirugía de la McGill University de Montreal publicado en la revista científica Neuron de mayo 2016, un tipo de célula cerebral llamada microglía, la misma que "se activa" al consumir, puede reducir los efectos de la cocaína y evitar que los adictos recaigan en su utilización.

El descubrimiento explica por primera vez que la microglía, célula inmune que protege el sistema nervioso, puede disminuir los cambios adversos que genera el uso crónico de la droga y podría usarse en tratamientos contra la adicción, con resultados mucho más efectivos que los conseguidos hasta ahora.

La labor de la microglía es de constantemente monitorear el entorno y mantener el normal funcionamiento del cerebro. Cuando encuentra algo malo, puede producir moléculas que guían a las neuronas para que se adapten. Esto vieron en el experimento en el que se basaron, que constó en inyectar regularmente cocaína en ratones.

Luego de un tiempo, la microglía en sus cerebros comenzó a funcionar en contra del efecto dañino, produciendo el factor de necrosis tumoral (TFI, por sus siglas en inglés) que reprimió la sinapsis relacionada con el uso de la droga. Más tarde en la investigación, la respuesta inmune de los animales disminuyó y así su capacidad de resistir a la adicción a la droga.

Lo que se activa causa la liberación de una señal inflamatoria que luego trata de revertir las modificaciones que la cocaína genera en las neuronas. En otras palabras, la misma célula que desordena, puede poner todo en su lugar con la ayuda de otros químicos. Si bien no se trata de una cura, implementar este descubrimiento puede evitar la necesidad de consumir, evitando la recaída de la abstinencia y ayudando al tratamiento de recuperación.


Células de la microglía reparan daño a la barrera hematoencefálica en ratones

Investigadores del Centro Médico de la Universidad de Rochester en Nueva York, realizaron un experimento en ratones que les permitió descubrir cómo la microglía desempeña un papel clave en la reparación de la barrera hematoencefálica. El estudio fue publicado en enero 2016 en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

La barrera hematoencefálica impide que cualquier sustancia nociva en la sangre llegue al cerebro. Si se rompe esta barrera, el cerebro se torna vulnerable a la infección y a las lesiones.

Los investigadores hicieron pequeños agujeros en la barrera hematoencefálica de ratones, y encontraron que las células de la microglía cercanas a ésta de inmediato comenzaron a reparar el daño. En la mayoría de los casos, la barrera hematoencefálica fue restaurada en un lapso de 10 a 30 minutos.

Los investigadores observaron que un receptor particular activa la microglía y la dirige hacia la ruptura de la barrera hematoencefálica. El mismo receptor también está presente en las plaquetas y es uno de los blancos de los fármacos anticoagulantes. Estos medicamentos son administrados a los pacientes en riesgo para evitar que las plaquetas se agrupen y formen coágulos de sangre, que podrían causar un accidente cerebrovascular.

No obstante, estos resultados sugieren que los fármacos anticoagulantes pueden alterar la reparación de la barrera hematoencefálica después de un derrame cerebral, y los científicos actualmente están investigando esta posibilidad. Cuando esta barrera se rompe debe ser reparada rápidamente a fin de mantener la salud del cerebro, y ayudar en la recuperación después de una lesión  un proceso que podría ser afectado por los fármacos que están destinados, en primer lugar, a prevenir este daño.

Si bien ciertos tipos de medicamentos anticoagulantes pueden hacer un gran trabajo previniendo los accidentes cerebrovasculares, estos podrían tener una consecuencia no deseada de empeorarlos o de hacer más difícil su recuperación una vez que ocurren.

Según los científicos este estudio muestra que las células inmunes residentes del sistema nervioso central desempeñan un papel crítico y previamente no apreciado en el mantenimiento de la integridad de la barrera hematoencefálica.


La acumulación de neuronas muertas en el cerebro agrava las enfermedades mentales

En una investigación realizada por un grupo internacional de científicos del laboratorio de Biología Celular Glial del Achucarro Basque Center for Neuroscience (España), publicada en la revista Public Library of Science (PLoS) Biology de junio 2016, se ha estudiado por primera vez el proceso de muerte neuronal y fagocitosis microglial en el cerebro enfermo.

Han descubierto que, tras producirse muerte o lesión neuronal en cerebros enfermos, las células microglías se vuelven “ciegas” y no son capaces de realizar su función. Esto desencadena una respuesta inflamatoria que agrava la lesión cerebral sufrida.

Cuando las neuronas mueren es necesario que sus restos sean eliminados rápidamente para que el tejido cerebral circundante pueda continuar funcionando. De este proceso, denominado fagocitosis  del griego “phagein”, comer, y “kytos”, célula , se encarga un tipo de célula muy especializado que se denomina microglía. Estas pequeñas células tienen muchas ramificaciones que están en constante movimiento en el cerebro, y están especialmente equipadas para detectar y destruir cualquier elemento extraño, incluyendo las neuronas muertas.

Neuronas (verde) y la microglía
con sus largas ramificaciones (rojo)
Se sabe que durante las convulsiones asociadas a la epilepsia, las neuronas se mueren. Pero al contrario de lo esperado, en esta patología, la microglía “no reacciona” y es incapaz de encontrarlas ni destruirlas. Y las neuronas muertas que no pueden ser eliminadas, se acumulan, y producen más daño a las neuronas vecinas, lo que provoca una respuesta inflamatoria del cerebro que lo empeora y daña más aún. Este comportamiento anormal se ha encontrado que está asociado a la hiperactividad neuronal.

El equipo multidisciplinar de investigadores describe el funcionamiento de los mecanismos de limpieza del cerebro cuando los pacientes sufren enfermedades neurodegenerativas, concretamente epilepsia.

Para llevar a cabo el estudio los científicos recogieron muestras de cerebro de pacientes que padecían epilepsia del Hospital Universitario de Cruces, así como de ratones epilépticos.

Los resultados mostraron que las células de la microglía presentaban un comportamiento anómalo, y eran incapaces de eliminar las neuronas muertas. En consecuencia, estas neuronas se acumulan como residuos y provocan el desencadenamiento de una respuesta inflamatoria que empeora la lesión cerebral.

Este descubrimiento abre una nueva vía para explorar terapias que palíen los efectos de las enfermedades del cerebro. De hecho, el grupo de investigación estudia en la actualidad el desarrollo de fármacos promotores de este proceso de limpieza, la fagocitosis, que pudieran ayudar en el tratamiento de los enfermos de epilepsia.


Identifican células inmunes que fortalecen el desarrollo y la conectividad cerebral

Un grupo de investigación del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas de Japón (NIPS) en un estudio, publicado en Nature Communications de agosto 2016, ha descubierto nuevos mecanismos por los que la microglía, en contacto con las neuronas, determina los circuitos neuronales y se podría comprender cómo se producen los trastornos del desarrollo como el autismo o la esquizofrenia.

Las células llamadas microglía, identificadas en un primer momento como protectoras del cerebro contra la infección y la decadencia, también han demostrado estar involucradas en su desarrollo.

La microglía está involucrada en la formación de circuitos neuronales
 a través de la formación de filopodios en la corteza somatosensoria

El estudio, se llevó a cabo a través de una combinación de etiquetado fluorescente de células y moléculas con las imágenes de las regiones del desarrollo de los cerebros de ratón para comprobar cómo influye la microglía en la formación de los circuitos neuronales. Los investigadores demostraron que el contacto directo entre la microglía y las dendritas induce la formación de filopodios que buscan a los terminales de otras neuronas, permitiendo la comunicación neuronal.

Utilizaron microscopia multifotónica de imágenes en vivo de la capa 2/3 en las neuronas piramidales. Y la microglía al estar en contacto con las dendritas ha causado el crecimiento de filopodios. Este contacto se asocia con la acumulación de calcio y actina. El bloqueo de la actividad de la microglía ha dado lugar a un menor número de sinapsis funcionales y circuitos corticales menos específicos.

Los resultados tienen implicaciones importantes para una variedad de enfermedades del desarrollo, ya que varios estudios han puesto de manifiesto las asociaciones entre las células inmunes y trastornos del neurodesarrollo. Algunos trastornos cerebrales están vinculados a un número anormal de sinapsis o cambios en su forma y función.


La microglía se auto-renueva más rápido de lo que se creía

Según un estudio de la Universidad de Southampton (Reino Unido), publicado en la revista Cell Reports de enero 2017, las células del cerebro responsables de detectar y reparar el daño cerebral se renuevan a sí mismas más rápidamente de lo que se pensaba. Estas células, denominadas microglía, tienen hasta seis ciclos de renovación en la vida de una persona.

La investigación ha sido llevada a cabo en colaboración con investigadores de la Universidad de Tubingen y la de Hamburgo (Alemania), la Universidad de Oxford (Reino Unido) y el Achucarro Basque Center for Neuroscience (España).

El estudio demuestra que el re-emplazamiento de las células responsables de detectar y reparar el daño cerebral, llamadas microglía, es diez veces más rápido de lo que se había estimado con anterioridad, lo que contribuye a que su población se renueve varias veces a lo largo de la vida.

Células microgliales (formas verdes)
Con anterioridad se pensaba que la microglía proliferaba tan lentamente que no daría tiempo en una vida a que se renovara la población completa. Ahora en cambio se puede hablar de hasta seis ciclos de renovación en la vida de una persona. Ahora se necesita entender cómo interaccionan y regulan la función de otros tipos celulares para entender todo su potencial.

Otro hallazgo es que el número total de microglía permanece en gran medida invariable desde el nacimiento hasta el envejecimiento, y que se mantiene a través de un acoplamiento espacial y temporal de la proliferación y la muerte de estas células.

Este estudio de biología básica es fundamental para entender la función de la microglía y su interacción con otros tipos celulares. Comprender el reloj interno de la microglía es el primer paso para analizar su comportamiento en enfermedades psiquiátricas y neurodegenerativas como el Alzheimer.


 “Microglia : Células con licencia para matar”

Artículo de la Revista Investigación y Ciencia, edición española de Scientific American 2011

Imagine que nuestro cerebro fuera la sede de una multinacional dotada de personal de alta seguridad. Un ejército de inspectores controla las 24 horas del día las oficinas y los pasillos. Inspecciona, provisto de una multitud de sensores, el edificio entero; ante el más mínimo indicio de algún movimiento sospechoso, hace saltar la alarma.

Esos metafóricos inspectores son, en el encéfalo, las células de la microglía. A diferencia de los otros integrantes de la glía  astrocitos y oligodendrocitos , las células de la microglía resultan de un préstamo por parte del sistema inmunitario al sistema nervioso central. En otras palabras, proceden de la médula ósea y su apariencia se asemeja a la de los macrófagos, células “devoradoras” que se encuentran en otros tejidos del organismo.


Su función principal consiste en reconocer las infecciones y tomar las primeras medidas necesarias con el fin de combatirlas.

Ya en el seno de la madre, las células microgliales emigran a través de la sangre al cerebro del feto hasta poco después del nacimiento del bebé, momento en el que se asientan, sobre todo, en la corteza cerebral. Allí utilizan los gruesos haces de fibras nerviosas a modo de carreteras para extenderse por el sistema nervioso central.

Durante dicha fase migratoria, las células de la microglía parecen idénticas a los macrófagos, es decir, guardan semejanza con las amebas. Una vez repartidas de manera uniforme por todo el encéfalo, su aspecto se modifica: empiezan a ramificarse intensamente, de tal suerte que las terminaciones de sus prolongaciones acaban casi tocándose. El cerebro termina cubierto, casi por completo, por una red de microglía.


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