La Barrera Hematoencefálica – ¿Realmente funciona como su nombre indica? 

Artículo original: The Blood Brain Barrier – Is it Really All it’s Described to Be?, Abdullah Iqbal

Traducido por Delaney Ivey. 

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Uno de los mantras en la neurociencia es que la barrera hematoencefálica protege el cerebro de los invasores.  ¿Pero es realmente el caso?  Las investigaciones muestran que muchas cosas pueden atravesar: patógenos como E.coli y P.gingivalis, nuestras propias células, y, por supuesto, varias moléculas que están presentes en nuestra sangre. 

El término barrera hematoencefálica fue acuñado por Lewandowsky y sus colegas hace 111 años después de darse cuenta de que la inyección de tintes en las venas periféricas apenas conduce a síntomas neurológicos detectables mientras que la inyección de los mismos tintes directamente en el cerebro conduce a profundos cambios comportamentales y cognitivos. 

Anatómicamente, la barrera hematoencefálica es una estructura compleja  que se encuentra alrededor del cerebro, y que se compone de un rango amplio de células, incluyendo células endoteliales, astrocitos, pericitos y una membrana basal compuesta principalmente de proteínas.  Su función principal es mantener sustancias por fuera – desafortunadamente, a menudo eso incluye los medicamentos.   Cálculos recientes han demostrado que sólo el 2% de las sustancias que se cree actúan sobre el cerebro realmente cruzan la barrera hematoencefálica.  Este estimado ni siquiera tiene en cuenta los volúmenes: ciertos medicamentos no sólo necesitan atravesar esta barrera sino que necesitan hacerlo en cantidades lo suficientemente grandes para ejercer su acción.  En otras palabras, parece que la barrera hematoencefálica también podría funcionar para mantener las sustancias útiles por fuera.

¿Qué pasa con los patógenos? Los patógenos aman el cerebro porque es rico en energía. El cerebro utiliza alrededor del 50% de nuestros carbohidratos, lo que lo convierte en un entorno perfecto para la supervivencia de los patógenos. Los patógenos están constantemente tratando de entrar, y nada muestra esto más que el hecho de que hay una multitud de métodos que pueden utilizar para entrar en el cerebro: penetración transcelular del sistema nervioso central.  – donde los microbios cruzan a través de las propias células endoteliales –, penetración paracelular del sistema nervioso central  – donde los microbios pasan entre las células endoteliales – , y el método del caballo de Troya  – cuando los microbios infectan fagocitos (un tipo de leucocito) para luego introducirse al cerebro cuando la célula inmunitaria atraviese la barrera hematoencefálica. Este método muestra además cómo el cerebro no está tan protegido de las infecciones como pensábamos.

“Los patógenos están constantemente tratando de entrar”

De hecho, hay una manera de entrar en el cerebro evitando la barrera hematoencefálica por completo.  Los cerebros se caracterizan por la presencia de los órganos circunventriculares que consisten, entre otros, en la glándula pineal, eminencia media y órganos subfornicales. Estas áreas no están recubiertas por la barrera hematoencefálica y por lo tanto los patógenos pueden entrar directamente de la sangre. Si eso no fuera suficiente, la investigación muestra que los microbios también pueden colarse a través de la nariz mientras respiramos todos los días, viajando a lo largo de los nervios olfativos antes de propagarse por todo el cerebro.

¿Pero qué pasa con las células de otras partes del cuerpo? ¿Pueden entrar en el cerebro a través de la barrera hematoencefálica? La respuesta sencilla es que sí. Resulta que nuestro cerebro permite la entrada de un flujo constante de células inmunitarias, lo que lleva a muchos problemas. Durante mucho tiempo se pensó que las células inmunitarias residentes fuera del cerebro sólo entraban en el sistema nervioso central durante enfermedades como la esclerosis múltiple, donde nuestro propio sistema inmunológico ataca la mielina, la capa aislante que rodea las neuronas para permitir una rápida transmisión de las señales.  O en la enfermedad de Alzhéimer, donde una ruptura de la barrera hematoencefálica permite la entrada de una multitud de glóbulos blancos inflamatorios que causan estragos en el cerebro.

Al igual que los patógenos, las moléculas también utilizan la difusión transcelular y paracelular para entrar en el cerebro. Sólo unas pocas sustancias pueden entrar en el cerebro: pequeños compuestos liposolubles, hidrófilos y no ionizados pueden entrar en el cerebro a través de la difusión. Sin embargo, la barrera hematoencefálica se debilita a medida que envejecemos por lo que esperaríamos que menos proteínas puedan cruzar hacia cerebro. Estudios en ratones han demostrado que la entrada de proteínas al cerebro en realidad disminuye con la edad. Esto significa que en ratones más jóvenes están cruzando más proteínas como esperaríamos, y no menos. Este enigma puede explicarse porque como el transporte inespecífico de proteínas aumenta con la edad, el transporte de proteínas plasmáticas al cerebro disminuye, lo que lleva a una disminución general en el transporte a través de la barrera hematoencefálica. 

“Sin embargo, la barrera hematoencefálica se debilita a medida que envejecemos por lo que esperaríamos que menos proteínas puedan cruzar hacia cerebro”

Hoy en día, sabemos que la barrera hematoencefálica no protege completamente pues muchas de las proteínas de transporte en su superficie permiten el transporte mediado por receptores. Pensemos en el transporte mediado por receptores como la interacción entre una cerradura y una llave: La mercancía a transportar es la llave y el receptor en la membrana celular es la cerradura. Cualquier cosa que encaje en la cerradura será transportada a través de la barrera hematoencefálica.  Esto significa que la barrera hematoencefálica está actuando más como un coladero que como un muro.

La barrera hematoencefálica es claramente más permeable de lo que se pensaba cuando se descubrió hace 111 años. Descubrir exactamente que tan permeable es requerirá más investigación sobre cómo transporta proteínas, patógenos y células. Hasta ahora, los científicos han estado concentrando sus investigaciones en algunos tipos de invasores y proteínas. Entender qué células pueden pasar requerirá técnicas avanzadas como la secuenciación de ácido ribonucleico (ARN) para ver qué tipos de células inmunitarias pasan. Por último, aunque la investigación actual se centra desproporcionadamente en un pequeño rango de patógenos, investigaciones posteriores deberían examinar una gama más amplia de organismos para determinar cómo los patógenos penetran en la barrera hematoencefálica tanto en la salud como la enfermedad. Resulta que la evolución ha equipado a los patógenos, células y otros materiales con varias maneras de cruzar la barrera hematoencefálica y estamos empezando a sacarlas a la luz.

 

Escrito por Abdullah Iqbal. 
Editado por Sean Noah y Desislava Nesheva.  Ilustrado por Sumana Shrestha. 
Traducido por Delaney Ivey. 

 

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The Blood Brain Barrier – Is it Really All it’s Described to Be?

Referencias

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Autor

Abdullah se ha graduado recientemente del programa de Ciencias Biomédicas en la Universidad de Sheffield y actualmente está cursando su Maestría en Neurociencia en la Universidad de Leeds. Su investigación involucra el uso de células madre para estudiar la médula espinal. A Abdullah le apasiona la comprensión del cerebro y su funcionamiento. Está particularmente interesado en nuevas teorías sobre la etiología de las enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzhéimer. Otras áreas que le interesan mucho incluyen el papel de las células gliales, la neuroepigenética y los modelos 3D del cerebro para el descubrimiento in silico de fármacos. En su tiempo libre, le gusta explorar la naturaleza y escribir artículos de ciencia y ficción, así como pasar tiempo con amigos y familiares.

Traductora

Delaney Ivey

Author(s)

  • Abdullah is a recent graduate of the Biomedical Sciences program at the University of Sheffield and is currently working towards his MS in Neuroscience at the University of Leeds. His research involves the use of stem cells to study the spinal cord. Abdullah is passionate about understanding the brain and its inner workings. He is particularly interested in novel theories around the aetiology of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. Other major areas of interest include the role of glial cells, neuro-epigenetics, and 3D models of the brain for in silico drug discovery. In his free time, he likes to explore nature and to write science articles and fiction pieces, as well as spending time with friends and family.

Abdullah Iqbal

Abdullah is a recent graduate of the Biomedical Sciences program at the University of Sheffield and is currently working towards his MS in Neuroscience at the University of Leeds. His research involves the use of stem cells to study the spinal cord. Abdullah is passionate about understanding the brain and its inner workings. He is particularly interested in novel theories around the aetiology of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. Other major areas of interest include the role of glial cells, neuro-epigenetics, and 3D models of the brain for in silico drug discovery. In his free time, he likes to explore nature and to write science articles and fiction pieces, as well as spending time with friends and family.

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