Las células gliales regulan la bioquímica que hace posible la
sinapsis
Hasta hace bien poco, los neurocientíficos pensaban que un tipo de células del sistema nervioso llamado Glía tenía solamente un papel de sostén, contribuyendo al buen funcionamiento de las comunicaciones entre las células del cerebro. En contraposición, habían prestado mucha más atención a los 100 millones de células nerviosas denominadas Neuronas.
Cuando el genial y legendario Albert Einstein falleció en 1955, le
extrajeron el cerebro y lo conservaron dentro de un tarro de formaldehído.
Durante los siguientes 30 años, los científicos examinaron pequeños cortes de
su cerebro esperando encontrar algunas pistas del motivo de su genialidad.
La mayoría de la gente esperaba que el cerebro de Einstein fuese
mayor de lo normal, pero no fue así. Y tampoco había nada inusual en el número
o el tamaño de las neuronas, las células del cerebro que se encargan
prácticamente de todo, desde respirar hasta pensar.
A finales de los años 80, un científico descubrió que sí había
algo diferente en el cerebro de Einstein. Tenía un mayor número de unas células
cerebrales denominadas glía o células gliales, especialmente en la corteza
asociativa, un área cerebral relacionada con la imaginación y el pensamiento
complejo.
Uno de los motivos por el que los investigadores habían
subestimado a la glía durante tanto tiempo es que no existía ningún indicio de
que estas células se comunicaran entre ellas. Las neuronas “hablan” a través de
las sinapsis mediante potenciales de acción, impulsos eléctricos que
desencadenan una comunicación química entre las neuronas y generan más impulsos
en otras neuronas.
Pero las células gliales no pueden generar potenciales de acción.
Gracias a los recientes avances que han experimentado las técnicas de imagen,
los científicos han descubierto que las células gliales realmente se comunican,
pero no por medios eléctricos sino químicos.
Los experimentos que se han realizado en los últimos 5 años han
cambiado por completo el panorama: las células gliales no producen descargas
eléctricas como las neuronas, pero sí que interfieren en la comunicación entre
neuronas y en sus procesos de computación. Esto es así porque se ha observado
que hay células gliales que actúan como moduladoras de las sinapsis, los
lugares en los que dos neuronas se pasan información. Muchas sinapsis, en vez
de ser un diálogo entre dos neuronas, realmente son un menage a trois,
en donde las neuronas hablan entre sí y una célula glial actúa como moderadora
de la charla. Precisamente por esto ahora se piensa que las células gliales
pueden ser tan importantes como las neuronas para la producción del los
procesos cognitivos y la emergencia de la consciencia.
Entre los frutos de la investigación en este campo están :
* Un mayor conocimiento de cómo las células del cerebro se
comunican entre sí y procesan la información.
* Una nueva perspectiva sobre el desarrollo cerebral.
* Nuevos enfoques para el tratamiento de trastornos neurológicos
como el dolor crónico.
Ahora sabemos que las células gliales son elementos muy dinámicos,
enormemente versátiles e imprescindibles para que las neuronas realicen su
función. La idea en la actualidad es que las células gliales son las compañeras
imprescindibles de las neuronas.
Glía. Esta palabra es derivada de la griega bizantina glia y significa
"unión" o "pegamento" ya que, clásicamente, se considera
que las gliales son células del sistema nervioso que realizan, sobre todo, una
función de soporte de las neuronas, además de intervenir activamente en el
procesamiento cerebral de la información en el organismo.
Las células gliales
son una especie de células nodrizas donde van apoyadas las neuronas, que se
encargan de protegerlas y de regular su funcionamiento en el cerebro. Las células de la glía
abundan en el cerebro. En el caso de la corteza humana, dispone de diez células
gliales por cada neurona.
Funciones de las neuroglias
* Dar soporte a las neuronas y garantizar su ubicación.
* Mantener la unidad entre las neuronas.
* Nutrir las neuronas con oxígeno y otros elementos.
* Eliminar las neuronas muertas y reparar cualquier lesión.
* Destruir cualquier agente patógeno que ataque el sistema
nervioso.
* Promover la comunicación eléctrica entre las sinapsis nerviosas.
Tipos de células gliales
Se conocen seis tipos de
células gliales, pero solo 4 se ubican en el sistema nervioso central, y tienen una importancia crucial para su
adecuado funcionamiento:
Oligodendrocitos
Sostienen el sistema nervioso, pero también son las encargadas de
producir la mielina, sustancia
aislante que rodea el axón
favoreciendo la transmisión del impulso eléctrico.
Las células precursoras de los oligodendrocitos (CPO) son
especialmente activas. Con el tiempo pueden madurar y convertirse en
oligodendrocitos que envuelven los axones formando las cubiertas aislantes de
mielina.
Las CPO establecen sinapsis con las neuronas y cambian su propio
comportamiento en función de las señales eléctricas que reciben de ellas. La
comunicación entre CPO y oligodendrocitos va en los dos sentidos y alcanza a
otras neuronas. Los oligodendrocitos y las neuronas están acoplados
metabólicamente, intercambiando materiales como lactato que permite obtener
energía.
Además los oligodendrocitos producen factores
neuromoduladores que ajustan la comunicación entre las neuronas.
Astrocitos
Regulan el intercambio de nutrientes entre las venas y las
neuronas.
Intervienen en funciones muy diversas :
* Unidad neurovascular.
Los astrocitos envuelven perfectamente los vasos sanguíneos haciendo que todo
lo que salga de la sangre hacia el tejido nervioso tenga que pasar a través de
ellos. Así, si llega una sustancia tóxica la pararán evitando que haga daño a
las neuronas y asegurando una correcta homeostasis en el cerebro. También
modulan el propio flujo sanguíneo en función de los niveles de oxígeno y CO2.
La glía es imprescindible para respirar. Si tenemos poco oxígeno y mucho CO2,
baja el pH en la sangre. Si el pH sube en vez de bajar, el ritmo de respiración
se hace más lento.
* Acoplamiento metabólico.
Los astrocitos tienen transportadores de glucosa y son las únicas células
capaces de almacenar energía en el cerebro adulto, en forma de glucógeno. Estos
depósitos energéticos se movilizan mediante señales neuroactivas. Tras las
señales adecuadas, los astrocitos liberan lactato que es aprovechado por las
neuronas.
* Participación en la
plasticidad. Los astrocitos regulan la plasticidad sináptica y se encargan
de la eliminación de sinapsis inoperantes o superfluas y de la formación de
nuevos contactos, cambiando las conexiones cerebrales todos los días, durante
toda la vida. Participan también en funciones cognitivas superiores como el
aprendizaje y la memoria.
* Gliotransmisión. Los
astrocitos presentan numerosos receptores y canales iónicos similares a los de
las neuronas. Pueden también liberar neurotransmisores, eliminarlos de la
sinapsis y controlar cuanto transmisor liberará una neurona en el futuro.
* Función neurotrófica.
Los astrocitos fabrican y liberan muchos factores tróficos necesarios para la
supervivencia de las neuronas, y otros factores de crecimiento que modulan la
transmisión sináptica y la plasticidad. Esto tiene efecto en la cognición y en
los comportamientos asociados al estado de ánimo.
* Respuesta a la lesión.
Tras un daño cerebral, los astrocitos se convierten en reactivos, modifican su
morfología y cambian su expresión de genes. Pueden luchar también contra
patógenos modificando la permeabilidad de la barrera hematoencefálica y
secretar citoquinas que atraen a células inmunitarias desde la circulación
sanguínea para luchar contra el daño cerebral.
También intervienen en la modulación y la recaptación de los
neurotransmisores y parcelan la sustancia gris en compartimentos funcionales.
La red de micro-dominios delimitada por los astrocitos regula la actividad
neuronal y el flujo sanguíneo generando una coordinación marcada por la glía.
Por último, los astrocitos establecen un contacto estrecho con los
lugares de comunicación entre dos neuronas – sinapsis – y, además, poseen una comunicación inmediata con los vasos sanguíneos. Incluso coordinan la actividad
de las neuronas de distintas áreas cerebrales.
Células ependimarias
Revisten los ventrículos
del cerebro y la médula espinal.
Forman una capa única de células cúbicas o cilíndricas y poseen micro-vellosidades y cilios. Los cilios a menudo son
móviles y sus movimientos contribuyen al flujo del liquido cefalorraquídeo.
Microglías
Son las encargadas de rastrear cualquier agente patógeno o lesión
del tejido cerebral. Es el
principal sistema de retirada de basura del cerebro.
Estas células gliales se encargan de eliminar el exceso de fluido,
retirar y digerir las células muertas y eliminar cualquier resto celular que
pueda alterar el funcionamiento normal del cerebro. La microglía patrulla por
el cerebro pero además elimina acúmulos de beta amiloide y otras proteínas
asociadas con la enfermedad de Alzheimer. La microglía también interviene en el
podado de conexiones sinápticas que se producen en el desarrollo cerebral.
Trabajo en colectivo de las células gliales
Como equipo, las células gliales son las reguladores de los
distintos procesos que operan en el organismo, de modo que exista un equilibrio
constante en el cuerpo llamado homeostasia.
Puede ser, por ejemplo, la regulación
de la temperatura corporal o de distintos mecanismos metabólicos. Para ello cuentan con una característica
que las distingue de sus protegidas las neuronas: después de su madurez, estas
células pueden dividirse.
Científicos reconsideran papel de las células glías en el cerebro
Científicos del Instituto Nacional de Salud Infantil y Desarrollo
Humano, en Bethesda, en un artículo de revisión sobre la glía publicado en Science en octubre 2002, explican las
diferentes funciones del glía.
La glía contribuye al proceso de información en el cerebro
detectando la descarga de las neuronas y comunicándose entre ellas para, a su
vez, regular la actividad neuronal.
La nueva conciencia sobre la importancia de las células gliales se
ha desarrollado, en parte, debido a nuevos métodos de radiografía por imágenes
que permiten a los científicos observar las señales químicas que la glía usa
para comunicarse, entre ellas mismas y con las neuronas.
La glía y las neuronas operan en formas diferentes. Aunque a
menudo se comparan las señales eléctricas de las neuronas con las que tienen
lugar en las líneas telefónicas, la glía se comunica por medio de señales
químicas, que son mucho más lentas.
Pero la glía también puede detectar señales eléctricas de otras
partes del cerebro, además de las sinapsis. Estas señales son particularmente
importantes para regular el desarrollo glial en la vida fetal y posnatal
temprana.
Los mensajes también controlan la actividad de la glía que forma
la mielina, el aislante que protege las fibras nerviosas.
La comunicación entre las neuronas y las células gliales podría
formar parte de las actividades cerebrales que suceden en un período
relativamente largo de tiempo. Esto sería importante en aquellos procesos como
el desarrollo del sistema nervioso, la formación de las sinapsis, la migraña,
la depresión, el aprendizaje y la memoria.
Esta comunicación podría también estar presente en la forma en que
el cerebro responde al daño, a la enfermedad y al dolor crónico.
Importancia de la glía
radial en el metabolismo energético cerebral
El investigador Zhen Huang, de la Universidad de Wisconsin-Madison
en un estudio publicado en 2012 en PLoS Biology, descubrió que un grupo de
células pluripotentes del cerebro, la glía radial, se encargan de estabilizar
las redes de vasos sanguíneos al comienzo de su desarrollo.
El cerebro es muy voraz. En comparación con otros órganos, consume diez veces más oxígeno y nutrientes, los cuales recibe gracias a tupidas redes de vasos sanguíneos.
La glía radial consta de células madre que facilitan el
crecimiento y la migración de neuronas a través del cerebro. Cuando Zhen Huang
eliminó en ratones cierto gen, impidiendo por este medio la regeneración de la
glía radial, observó la regresión de los vasos sanguíneos. Los múridos carentes
de ese gen no solo desarrollaron menos glía radial, sino que la densidad de
vascularización en su corteza cerebral se desplomó en un 83 por ciento.
Estos descubrimientos sugieren que la glía radial — así como su
cuidadoso control sobre Wnt — podrían revestir importancia para asegurar un
metabolismo energético cerebral sano y prevenir la neurodegeneración.
Este hallazgo pudiera entrañar importantes consecuencias para
entender la enfermedad de Alzheimer, una patología neurodegenerativa que se
caracteriza, entre otros fenómenos, por abundantes problemas vasculares que
afectan a la totalidad del encéfalo.
Descubren que las neuronas “escuchan” a las células gliales
 |
| Una clase de células gliales (en verde)influyen en la señalización sináptica entre neuronas (enrojo) integradas enla red neuronal |
Ya se sabía que ciertas células gliales reciben información
procedente de las neuronas. Sin embargo, se desconocía que estas mismas células
gliales la transmiten también hacia las neuronas.
Estas células gliales liberan un fragmento específico de proteína
que influye en la actividad de las neuronas comunicándose entre ellas,
probablemente al enlazarse a los contactos sinápticos que las neuronas usan
para la comunicación. La regulación de este flujo de información efectuada por
las células gliales resulta en la aparición de cambios en la red neural, por
ejemplo, durante los procesos de aprendizaje.
La glía desencadena la eliminación de las sinapsis durante el
desarrollo neuronal
En un trabajo llevado a cabo por el equipo del Laboratorio de
Neurobiología Celular y Molecular de la Universidad de Barcelona y del Instituto de investigación biomédica Bellvitge (IDIBELL),
publicado en la revista Proceedings of
National Academy of Sciences (PNAS) en octubre 2015, se muestra cómo una
proteína segregada por la glía es un desencadenante para la eliminación de las
sinapsis en este proceso.
Durante los primeros estadios del desarrollo se produce un
fenómeno de poli-inervación durante el que se crea un gran número de sinapsis.
Posteriormente, los circuitos neuronales requieren de un proceso de eliminación
del exceso de conectividad para adquirir una completa funcionalidad.
 |
| La proteína SPARC es el desencadenante en la eliminación de sinapsis en el proceso de poda sináptica |
La poda sináptica. La proteína SPARC
secretada –ácida y rica en cisteína – se ha identificado en este trabajo como
un desencadenante de la eliminación de sinapsis en el proceso de poda
sináptica. Las neuronas responden a la presencia de altas concentraciones de
esta proteína iniciando un proceso autónomo de eliminación sináptica.
La glía secreta muchas más moléculas, y por tanto, SPARC podría
ser el primer componente de un grupo más extenso de proteínas capaces de
iniciar el proceso de poda sináptica. Esta investigación destaca el papel
relevante de la glía en el proceso sináptico, hasta ahora desconocido.
Suministro energético del cerebro y flujo de información
Científicos del University College of London en un proyecto
financiado por la Unión Europea “Quantifying control of brain energy supply by
the neuron-glia-vasculature unit” (BRAINENERGYCONTROL) en febrero 2015, investigaron
la relación entre el flujo de información en los circuitos neuronales y el
tráfico de metabolitos entre neuronas y células de la glía. Para tal fin los
investigadores combinaron modelización matemática con experimentos de
monitorización in vitro.
A diferencia de otros tejidos, un complejo flujo de información
regula el suministro de sangre entre las células del cerebro. Determinar los
mecanismos que subyacen al acoplamiento del suministro energético del cerebro
para el uso de energía es esencial para comprender los mecanismos de las
alteraciones neuropsiquiátricas.
En muchas alteraciones neurológicas como la depresión, la
enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia se detectan alteraciones de la
función neurometabólica.
Esto explicaría por qué las sinapsis no son eficaces, un fenómeno
poco conocido hasta el momento y por el cual las neuronas a menudo liberan
neurotransmisores solo el 25 % de las veces que llega el potencial de
acción pre-sináptico.
Experimentos mostraron que la amplitud del potencial post-sináptico
está configurada para maximizar la proporción de información transmitida en
relación con el consumo de energía post-sináptica. Estos resultados sugieren la
existencia de un mecanismo homeostático que regula tanto el consumo energético
como la transferencia de energía en las sinapsis.
Los resultados del proyecto mejoran la comprensión del uso de
energía en el cerebro dedicada a tareas independientes de señalización.
En conjunto, el trabajo del proyecto BRAINENERGYCONTROL
proporcionó un modelo de las interacciones metabólicas de la unidad vascular
neurona-glía. Este modelo constituye una base para efectuar simulaciones a gran
escala de este complejo neurovascular y, por primera vez, integra las
respectivas escalas de tiempo en las que tiene lugar el metabolismo energético
y la excitabilidad neuronal.
Las células gliales
también influyen en la formación de la memoria
Investigadores de la Universidad de Rochester en Nueva York en un estudio
publicado en Cell Stem, muestran cómo las células gliales también influyen en
la formación de la memoria e incluso el desarrollo de una mayor inteligencia.
Los investigadores han conseguido implantar células madre humanas
en el cerebro de ratones recién nacidos. Concretamente han trasplantado células
progenitoras que tienen la capacidad de transformarse en diversos tipos de células
gliales. A los seis meses de nacer, estos ratones habían recibido sin problemas
la “transfusión” de células humanas, las habían aceptado como propias y habían
desarrollado millones de astrocitos a partir de ellas.
A estos ratones con células gliales se les sometió a diversos test
de inteligencia y memoria y los superaron mucho mejor que otros ratones
normales. Se les puso a prueba en laberintos, en botones con una pequeña
descarga eléctrica. Los ratones con las células gliales humanas aprendían más,
recordaban mejor y realizaban las pruebas con más habilidad que el resto.
Además de contribuir a la formación y eliminación de las sinapsis,
la glía puede estar implicada de manera más directa en otras funciones
cerebrales como el aprendizaje. Algunos tipos de células gliales envuelven a
los axones – los “cables” que conectan a las neuronas – formando una capa
aislante denominada mielina. Cuando los animales crecen en un entorno que estimula
el aprendizaje aumenta el grado de mielinización, por lo que las células
gliales podrían estar contribuyendo activamente al aprendizaje.
Nueva esperanza para los pacientes con esclerosis múltiple
Científicos de la Escuela de la Universidad George Washington de Medicina y Ciencias de la Salud, en un estudio publicado en la revista Neuron en 2014, anunciaron que habían identificado una molécula clave que participa en el desarrollo de la esclerosis múltiple. El descubrimiento de esta molécula prometedora podría conducir al desarrollo de una nueva terapia eficaz.
La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmune caracterizada por una destrucción progresiva de las neuronas. Esta enfermedad del sistema nervioso se caracteriza por la pérdida progresiva de la mielina. Esta sustancia está alrededor de los nervios y asegura la transmisión rápida del sistema nervioso.
Los oligodendrocitos presentes en el sistema nervioso fabrican y reparan la vaina de mielina cuando es degradada o destruida. Sin embargo, en las personas con esclerosis múltiple, no se cumple esta función.
Los investigadores realizaron una serie de pruebas en un ratón, mejorando el crecimiento de estas células. Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque y se centraron especialmente en los astrocitos.
Observaron una activación significativa de la expresión del gen. Mediante práctica bioquímica, neurológica y genética en ratones, descubrieron que esta proteína inhibe los procesos regenerativos espontáneos para la producción de nuevas capas de mielina en el sistema nervioso. Más sencillamente: impide que los oligodendrocitos hagan su trabajo y reparen las vainas de mielina dañadas por la enfermedad. Sin embargo, al bloquear su acción, los científicos fueron capaces de restaurar la reparación de la mielina y el paso de los impulsos nerviosos en ratones.
Nueva esperanza para los pacientes con esclerosis múltiple
Científicos de la Escuela de la Universidad George Washington de Medicina y Ciencias de la Salud, en un estudio publicado en la revista Neuron en 2014, anunciaron que habían identificado una molécula clave que participa en el desarrollo de la esclerosis múltiple. El descubrimiento de esta molécula prometedora podría conducir al desarrollo de una nueva terapia eficaz.
La esclerosis múltiple es una enfermedad autoinmune caracterizada por una destrucción progresiva de las neuronas. Esta enfermedad del sistema nervioso se caracteriza por la pérdida progresiva de la mielina. Esta sustancia está alrededor de los nervios y asegura la transmisión rápida del sistema nervioso.Los oligodendrocitos presentes en el sistema nervioso fabrican y reparan la vaina de mielina cuando es degradada o destruida. Sin embargo, en las personas con esclerosis múltiple, no se cumple esta función.
Los investigadores realizaron una serie de pruebas en un ratón, mejorando el crecimiento de estas células. Los investigadores utilizaron un nuevo enfoque y se centraron especialmente en los astrocitos.
Observaron una activación significativa de la expresión del gen. Mediante práctica bioquímica, neurológica y genética en ratones, descubrieron que esta proteína inhibe los procesos regenerativos espontáneos para la producción de nuevas capas de mielina en el sistema nervioso. Más sencillamente: impide que los oligodendrocitos hagan su trabajo y reparen las vainas de mielina dañadas por la enfermedad. Sin embargo, al bloquear su acción, los científicos fueron capaces de restaurar la reparación de la mielina y el paso de los impulsos nerviosos en ratones.
*
* *
Al entender el cómo y el por qué se comunican las células gliales,
los científicos se están replanteando el modo de funcionamiento del cerebro y
la forma de tratarlo cuando algo no funciona correctamente. La glía se ha
relacionado con diversos trastornos neurológicos como la dislexia, el autismo,
la tartamudez, la sordera tonal, el dolor crónico, la epilepsia, los trastornos
del sueño e incluso la mentira patológica.
Las neuronas y la glía establecen una relación
simbiótica y se necesitan las unas a las otras para su correcto funcionamiento.
Su estudio debe hacerse en paralelo, sin obviar a ninguna de las partes. La
investigación sobre la glía que tendrá lugar en los años venideros ayudará a
despejar otras incógnitas sobre el papel en el cerebro de estas células y
resolverá muchas preguntas que aún en pleno siglo XXI siguen sin tener
respuesta como ¿por qué en el ser humano los astrocitos son más grandes,
complejos y envuelven más sinapsis que los de cualquier otra especie animal?
¿Cómo contribuye la glía a los diversos procesos patológicos cerebrales? ¿Qué
sentido tienen las redes de comunicación que se establecen entre ellas y las
neuronas?
Es de esperar que a medida que la investigación sobre la glía progrese, estas células del cerebro, hasta hoy no tan conocidas y quizá una de las causas del genio de Einstein, sigan dando grandes titulares.
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