Los astrocitos – del
griego astron = estrella y cito “kytos” = cavidad o célula –, son
células gliales características en forma de estrella en el cerebro y la médula
espinal.
Los astrocitos son las principales y más numerosas células gliales – de ahí que se les conozca también, genéricamente, como astroglía –, sobre todo en los organismos más complejos. Se trata de células de linaje neuroectodérmico que asumen un elevado número de funciones clave para la realización de la actividad nerviosa. Derivan de las células encargadas de dirigir la migración de precursores durante el desarrollo – glía radial – y se originan en las primeras etapas del desarrollo del sistema nervioso central (SNC).
Funciones de los
astrocitos
Anteriormente
en la ciencia médica, la red neuronal se consideraba la única función
importante de los astrocitos, y se los consideraba como rellenos de huecos.
Más recientemente, se ha reconsiderado la función de los astrocitos, y ahora se
cree que desempeñan una serie de funciones activas en el cerebro, incluida la
secreción o absorción de transmisores neuronales y el mantenimiento de la
barrera hematoencefálica. Siguiendo esta idea, se ha propuesto el concepto de
una “sinapsis tripartita”, refiriéndose a la estrecha relación que se produce
en las sinapsis entre un elemento presináptico, un elemento postsináptico y un
elemento glial.
Soporte estructural
Reservorio de glucógeno
Los astrocitos contienen
glucógeno y son capaces de realizar la glucogénesis – síntesis de glucógeno por
medio de azúcares – y glucogenolisis – obtención de azúcares al romper cadenas
de glucógeno –. Por lo tanto pueden alimentar las neuronas con glucosa durante
períodos de alta tasa de consumo de glucosa y escasez de glucosa.
Soporte metabólico
Proporcionan a las
neuronas nutrientes como el lactato.
Barrera hematoencefálica
La barrera
hematoencefálica es un complejo que rodea la mayoría de los vasos sanguíneos
del cerebro. Actúa como una barrera entre el torrente sanguíneo y el espacio
extracelular del cerebro, permitiendo que solo ciertas sustancias como el agua,
el oxígeno y pequeñas sustancias liposolubles pasen fácilmente de la sangre al
cerebro.
Esto
evita que toxinas, patógenos y otras sustancias potencialmente peligrosas
crucen desde el sistema circulatorio al cerebro. Los astrocitos
participan en esta barrera por medio de los denominados pies astrocitarios,
prolongaciones de astrocitos que se encuentran recubriendo los vasos sanguíneos
y que poseen fuertes uniones entre ellas para bloquear el paso de cualquier
sustancia no deseada.
Captación y liberación de
transmisores
Los astrocitos y otras
células gliales pueden liberar una variedad de transmisores en el espacio
extracelular. Estos transmisores se clasifican actualmente como
gliotransmisores, aunque en realidad son las mismas moléculas utilizadas por
neuronas, como glutamato, ATP, GABA y D-serina. Solo los acuros taurinos y
posiblemente kinuréticos pueden representar sustancias liberadas de manera
única por la glía siendo así verdaderos gliotransmisores.
Regulación de la
concentración de iones en el espacio extracelular
Los astrocitos expresan
canales de potasio a una alta densidad. Cuando las neuronas están activas,
liberan potasio, aumentando la concentración extracelular local. Debido a que
los astrocitos son altamente permeables al potasio, rápidamente eliminan el
exceso de acumulación en el espacio extracelular. Si se interfiere con esta
función, la concentración extracelular de potasio aumentará, lo que lleva a la
despolarización neuronal descontrolada lo que podría producir actividad
neuronal epiléptica.
Eliminación del exceso de
glutamato
El glutamato es el
principal neurotransmisor excitatorio en el cerebro de los vertebrados. Cuando
se libera en exceso o durante mucho tiempo, el glutamato actúa como una
poderosa neurotoxina que desencadena la muerte celular neuronal en muchas
lesiones cerebrales agudas y crónicas. Los astrocitos eliminan la mayor parte
del glutamato del espacio extracelular. Acumulan el 80% del glutamato liberado,
mientras que el 20% restante es absorbido por las neuronas.
Control de la
sinaptogénesis y el mantenimiento sináptico
La astroglía regula la
formación, maduración, mantenimiento y estabilidad de las sinapsis, controlando
así la conectividad de los circuitos neuronales. Los astrocitos secretan
numerosos factores indispensables para la sinaptogénesis, y sin astrocitos, la
formación de sinapsis se vería muy reprimida.
Vaso-modulación – unidad
neurovascular
Las células astrogliales
son los elementos centrales de las unidades neurovasculares que integran los
circuitos neuronales con el flujo sanguíneo local y el soporte metabólico. La
lámina basal de los vasos sanguíneos está casi completamente cubierta por pies
endógenos de astrocitos. Se encuentran en una posición estratégica, con un brazo
en el vaso sanguíneo y el otro en la membrana neuronal, la sinapsis o el axón.
Por lo tanto, se pueden ver como el puente neurovascular. El aumento de la
actividad de las neuronas desencadena las señales de Ca+2 en los
astrocitos y esta podría ser la señal de integración para la unidad
neurovascular. La vaso-modulación es la regulación neuronal del flujo sanguíneo.
Promoción de la actividad
mielinizante de los oligodendrocitos
La actividad eléctrica en
las neuronas hace que liberen ATP (adenosine triphosphate : fuente de energía), que sirve como un importante estímulo para la
formación de mielina. Sin embargo, el ATP no actúa directamente sobre los
oligodendrocitos. Por el contrario, causa que los astrocitos secreten Citoquina: leucemia inhibitory factor de (LIF), una proteína reguladora que
promueve la actividad mielinizante de los oligodendrocitos. Esto sugiere que
los astrocitos tienen un papel coordinador ejecutivo en el cerebro.
Reparación y regeneración
del sistema nervioso
Sinapsis tripartita
En la materia gris, los
astrocitos están estrechamente asociados con las membranas neuronales y
específicamente con las regiones sinápticas, de modo que las membranas
astrogliales envuelven por completo o parcialmente los terminales presinápticos
y las estructuras postsinápticas.
La aposición morfológica
muy íntima de los astrocitos y las estructuras sinápticas permite que los
primeros se expongan a los neurotransmisores liberados desde las terminales
sinápticas. Funcionalmente, los procesos de las células astrogliales están
dotados de receptores de neurotransmisores, y lo más importante, las
modalidades de los receptores expresados por las membranas astrogliales
coinciden exactamente con los neurotransmisores liberados en las sinapsis que
cubren.
*
* *
Investigación
La ausencia de astrocitos, ¿ responsable de las enfermedades mentales ?
Investigadores portugueses
de la Universidad de Minho han analizado la relación existente entre los
astrocitos y las enfermedades mentales en un estudio cuyos resultados han sido
publicados en la revista Molecular Psychiatry de julio 2014.
Para llevar a cabo el
experimento, inyectaron en las ratas
una toxina capaz de matar específicamente a los astrocitos localizados en la
corteza prefrontal, la parte más anterior del cerebro. Es la zona donde
residen capacidades tan complejas como el razonamiento, la solución de
problemas o la planificación del futuro. Por ello, alteraciones en esta región conllevan
importantes defectos en la función cerebral, que es donde azotan enfermedades
mentales como el Alzheimer.
Es una perspectiva totalmente nueva sobre cómo se desarrollan estas
enfermedades y, por tanto, cómo hay que tratarlas. La depresión, la
esquizofrenia y los trastornos bipolares son las enfermedades que más se
podrían beneficiar de este descubrimiento en el futuro.
El aprendizaje no sólo
afecta a las neuronas, sino también a las células que las alimentan
Un equipo de
investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en un
trabajo, publicado en la revista The Journal of Neuroscience de setiembre
2014, ha demostrado que la actividad neuronal que lleva a la formación de la
memoria y el aprendizaje no sólo implica una modificación en la actividad
neuronal, como se creía hasta ahora, sino que altera la disposición anatómica
de los astrocitos que rodean a las sinapsis en el hipocampo y en la corteza
cerebral, y que realizan funciones de soporte nutricional y metabólico de las neuronas.
El cerebro está formado
por dos grandes tipos celulares: las neuronas, y las células gliales, que
soportan a las primeras. Los astrocitos son un tipo de células gliales con forma
de estrella. En los últimos años, se ha demostrado que los astrocitos
intervienen en el procesamiento y transmisión de información durante la
actividad neuronal.
Hasta ahora se sabía que
la plasticidad sináptica, el mecanismo que subyace a la formación de la memoria
y el aprendizaje, está asociada con cambios morfológicos y funcionales en
espinas dendríticas, que están rodeadas por los astrocitos.
Este estudio aclara que
los astrocitos también sufren cambios durante este proceso, lo que a su vez
tiene un impacto sobre la acción que estos realizan sobre las sinapsis
neuronales.
Induciendo plasticidad
sináptica por actividad neuronal de alta frecuencia se ha observado que las
prolongaciones que extienden los astrocitos para contactar con las sinapsis neuronales
se reordenan al detectar este tipo de actividad. Al inducir esta plasticidad
sináptica, se pierde la modulación positiva de la transmisión sináptica que el
astrocito es capaz de realizar.
Papel de los astrocitos
en la memoria puede ofrecer una vía alternativa para mejorarla
Según
un estudio realizado por el equipo investigadores del Instituto Gladstone de
Enfermedades Neurológicas y de la Universidad de California en San Francisco, publicado
en Nature Neuroscience de enero 2015,
los resultados obtenidos con los receptores de adenosina A2A sugiere que los
astrocitos son reguladores importantes del almacenamiento de información, y que
su disfunción podría llevar a un declive de la memoria en la enfermedad.
Unos
experimentos han demostrado que reducir la cantidad de ciertos receptores en
los astrocitos mejora la memoria de largo plazo, en los ratones sanos
investigados. Lo que es más, reducir los niveles de los receptores previno
también los deterioros de memoria en un modelo de ratón con la enfermedad de
Alzheimer.
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| Los astrocitos están teñidos de rojo, los receptores A2A de verde, la superposición entre los dos se muestra en amarillo, y los núcleos celulares en azul |
Los
investigadores utilizaron manipulaciones químicas de la actividad de los
receptores de los astrocitos, en vez de depender de cambios genéticos
permanentes. De manera importante, esto sugiere que podría ser posible mejorar
la memoria de pacientes con Alzheimer utilizando un fármaco que actúe sobre
estos receptores. Además, el actual estudio apoya las conclusiones de otras
investigaciones que sugieren que la cafeína – cuya diana principal son los
receptores de adenosina – podría mejorar la función normal de la memoria o
incluso prevenir los síntomas de Alzheimer en personas de edad avanzada.
El
próximo paso en esta línea de investigación será probar varios de los fármacos
actualmente disponibles que bloquean de manera más selectiva los receptores
A2A, a fin de comprobar su potencial de mejora de la memoria. Si los resultados
lo merecen, se podrá pasar más tarde a un ensayo clínico en humanos.
Las
células cerebrales en forma de estrella orquestan las conexiones neuronales
Una investigación de la
Universidad de Duke, en Durham, Carolina del Norte, publicada en Nature de noviembre 2017, encuentra que la
arquitectura única de los astrocitos es extremadamente importante para regular
el desarrollo y la función de las sinapsis en el cerebro.
Cuando no funcionan bien,
la disfunción de los astrocitos puede ser la base de los problemas neuronales
observados en enfermedades devastadoras como el autismo, la esquizofrenia y la
epilepsia.
La desactivación de una
de estas proteínas no solo limitaba la complejidad de los astrocitos, sino que
también alteraba la naturaleza de las sinapsis entre las neuronas que tocaban,
desplazando el delicado equilibrio entre las conexiones neuronales excitatorias
e inhibitorias.
Los científicos descubrieron
que la forma de los astrocitos y sus interacciones con las sinapsis son
fundamentalmente importantes para la función cerebral y pueden vincularse a
enfermedades de una manera que las personas han descuidado hasta ahora.
La
complejidad de los astrocitos, en función de las neuronas. Los
astrocitos han existido casi tanto como los cerebros. Incluso, invertebrados
simples como la lombriz 'C. Elegans',
del tamaño de una miga, tienen formas primitivas de astrocitos que ocultan sus
sinapsis neuronales.
A medida que nuestros
cerebros se han convertido en máquinas computacionales complejas, la estructura
de astrocitos también se ha vuelto más elaborada. Pero la complejidad de los
astrocitos depende de sus compañeros neuronales. Al cultivar astrocitos y
neuronas juntos, los astrocitos formarán intrincadas estructuras en forma de
estrella; si se cultivan solos o con otros tipos de células, salen atrofiados.
Las proteínas, llamadas
neuroliginas, desempeñan un papel en la construcción de sinapsis neuronales y
se han relacionado con enfermedades como el autismo y la esquizofrenia. Para
descubrir qué papel desempeñan las neuroliginas en los astrocitos, modificaron
la capacidad de los astrocitos para producir estas proteínas y constataron que
cuando apagaban la producción de neuroliginas, los astrocitos se volvían
pequeños y desafilados. Pero cuando aumentaron la producción de neuroliginas,
los astrocitos crecieron hasta casi el doble de tamaño.
Verificaron que una de
las características de los trastornos neurológicos como la esquizofrenia, el
autismo y la epilepsia es un desequilibrio entre la excitación y la inhibición,
lo que indica que estas moléculas asociadas a la enfermedad están funcionando
potencialmente en los astrocitos para cambiar este equilibrio.
Por primera vez logran
ver neuronas interactuando en tiempo real
Una técnica realizada por
neurocientíficos de la Universidad de California Los Ángeles, descrita en Neuron
de abril 2018, permite a los investigadores observar en profundidad el cerebro
de un ratón y analizar la influencia de los astrocitos sobre la comunicación de
las células nerviosas en tiempo real.
Durante años, los
científicos han intentado medir cómo los astrocitos interactúan con las
sinapsis para realizar funciones cerebrales importantes. Hasta ahora, sin
embargo, nadie había podido desarrollar una prueba adecuada para observar
esta interacción en directo.
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| Un astrocito (verde) conectado a una sinapsis (rojo) mientras produce una señal óptica (amarillo) |
Se puede ver cómo los astrocitos y las sinapsis establecen contacto físico y cómo estas conexiones cambian en trastornos como el Alzheimer y la enfermedad de Huntington. Lo aprendido podría abrir nuevas estrategias para tratar esas enfermedades, por ejemplo, identificando las interacciones celulares que apoyan la función cerebral normal.
El método utiliza luces
de diferentes colores que pasan a través de una lente para magnificar objetos
invisibles a simple vista y mucho más pequeños que aquellos visibles con
técnicas previas. Gracias a ello consiguieron observar cómo las interacciones
entre las sinapsis y los astrocitos cambian con el tiempo, así como durante
diversas enfermedades.
El próximo paso es
descubrir con qué frecuencia los astrocitos entran en contacto con las sinapsis
y cómo estas interacciones cambian durante ciertos trastornos o como resultado
de diferentes tipos de actividad celular.
Un tratamiento
experimental logra crear neuronas por primera vez
Científicos del Centro de
Ciencias de la Salud de la Universidad de Pekín han desarrollado un cóctel de
fármacos que, cuando se inyectan en el cerebro de ratones, parece convertir los
astrocitos en neuronas nuevas y activas capaces de conectarse con otras
células. La investigación ha si pre-publicada en el sitio bioRxiv de
junio 2018.
Las células habían
cambiado de forma, mostraban cambios en la actividad de los genes y enviaban
señales eléctricas de la misma manera que las neuronas regulares. Sin embargo,
aún no se sabe qué “tan neuronas” son estas células. Es poco probable que
tengan un 100% de coincidencia. Pero el tratamiento parecía ser seguro: los
ratones aún tenían una buena combinación de tipos de neuronas, y ninguno de los
animales desarrolló problemas de salud.
Si los resultados son
correctos, sería absolutamente increíble y tiene muchas aplicaciones
potenciales y consecuencias emocionantes. Si se tiene un cerebro en proceso de
degeneración, como por ejemplo la enfermedad de Alzheimer, y se podría lograr
que el cerebro regenere las neuronas por sí mismo, sería un gran paso adelante.
Si funciona, entonces el
cóctel ofrece alguna esperanza de reemplazar las neuronas destruidas por el
Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson. Pero será
difícil predecir los efectos que el tratamiento podría tener en los humanos.
Aunque podría restaurar la capacidad de formar nuevas memorias, por ejemplo, es
poco probable que recupere las que ya fueron perdidas. Otro desafío será la
gran cantidad de células perdidas en enfermedades neurodegenerativas, en el
Parkinson, se pierde un cuarto de millón de células de ambos lados del cerebro.
Potenciales
complicaciones imprevistas
Antes de que el enfoque pueda
ser probado en humanos, se debe saber exactamente qué tipos de neuronas es
probable que produzca. Por ejemplo, crear demasiadas neuronas del tipo que
excite a sus vecinos podría desencadenar epilepsia. Además, se
necesitarían diferentes tipos de neuronas para tratar cada trastorno cerebral:
el Parkinson, por ejemplo, implica particularmente la muerte de las neuronas
que producen dopamina.
Si el tratamiento se
puede utilizar para estimular la sustancia gris en ciertas áreas de cerebros
sanos, también puede proporcionar una forma de mejorar habilidades como la
memoria, aunque esto probablemente conlleve riesgos. Se deberá tener un control
extremadamente bueno sobre qué células se están programando, hacia dónde irán y
a qué células se conectarán.
Anteriormente ya se han
realizado pruebas con ratones para averiguar la efectividad de los tratamientos
dirigidos a enfermedades neurodegenerativas. En febrero 2018, un equipo de
investigadores estadounidenses descubrió una nueva terapia para
hacer retroceder el Alzheimer en ratones. Se espera que la
terapia pueda tratar con éxito la enfermedad en humanos.
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