El nacimiento prematuro interrumpe la función de las células de Purkinje, lo que resulta en déficits de aprendizaje locomotor
Crédito: CC0 Public Domain
En los Estados Unidos, uno de cada 10 bebés nace demasiado pronto, lo que genera complicaciones que pueden afectar su desarrollo locomotor e influir de manera tan simple tareas como el equilibrio, caminar y estar de pie más adelante en la vida. Un nuevo estudio revisado por pares del Children’s National Hospital, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), explora exactamente qué circuitos neuronales del cerebelo se ven afectados debido a las complicaciones que ocurren alrededor del momento del nacimiento y causan estos déficits de aprendizaje. y encuentra un tipo específico de neuronas células de Purkinje para desempeñar un papel central.
Hasta ahora, ha habido una escasez de técnicas disponibles para medir la actividad neuronal durante las tareas de aprendizaje locomotor que involucran al cerebelo. Para superar este desafío, Children’s National utilizó un enfoque multidisciplinario, reuniendo a un equipo de neurocientíficos con neonatólogos que aprovecharon su experiencia conjunta para diseñar una forma novedosa y única de medir la actividad de las células de Purkinje en tiempo real en un modelo preclínico con relevancia para los humanos. .
Los investigadores midieron la función del circuito neuronal emparejando la fotometría de fibra GCaMP6f, utilizada para medir la actividad neuronal en el cerebro de un sujeto que se mueve libremente, con una ErasmusLadder, en la que necesita viajar del punto A al punto B en una escalera horizontal con peldaños sensibles al tacto que registran el tipo y la longitud de los pasos. Al introducir un obstáculo repentino al movimiento, los investigadores observaron cómo el sujeto se las arreglaba y aprendía en consecuencia a evitar este obstáculo. Al tocar un tono alto justo antes de que se introdujera el obstáculo, los investigadores pudieron medir qué tan rápido los sujetos pudieron anticipar el obstáculo y ajustar sus pasos en consecuencia. Sujetos con lesión cerebral neonatal y modelos normales se sometieron a una serie de pruebas de aprendizaje mientras se monitoreaba simultáneamente la actividad cerebral. De esta manera, el equipo pudo cuantificar el aprendizaje locomotor y el comportamiento adaptativo dependientes del cerebelo, desbloqueando una comprensión funcional y mecanicista de la patología del comportamiento que no se había visto anteriormente en este campo.
«Con esta tecnología, estamos capaz de comprender la respuesta de células específicas a los estímulos externos», dijo Vittorio Gallo, Ph.D., director de investigación y autor principal. «Nuestros hallazgos se centraron en la actividad de las células de Purkinje para este experimento. Pero extrapolando aún más, podemos usar esta tecnología en la clínica, aplicando estimulaciones o medicamentos específicos de células para comprender si cada uno tiene un efecto protector o dañino en el cerebro». p>
Más allá de presentar que las células de Purkinje normales son muy activas durante el movimiento en ErasmusLadder, el equipo exploró la cuestión de si las células de Purkinje de modelos preclínicos lesionados generalmente no respondían a ningún tipo de estímulo. Descubrieron que, si bien las células de Purkinje en sujetos lesionados respondían a soplos de aire, que generalmente indican al sujeto que comenzara a moverse en ErasmusLadder, la disfunción en estas células era específica del período de aprendizaje adaptativo. Por último, a través de la inhibición quimiogenética, que silencia específicamente la actividad de las células de Purkinje neonatal, el equipo pudo imitar los efectos de la lesión cerebelosa perinatal. Solidificando aún más el papel de estas células en los déficits de aprendizaje.
«La investigación hasta la fecha se ha centrado en el daño a la corteza cerebral como la causa de los déficits de aprendizaje», dijo Mark Batshaw, MD, vicepresidente ejecutivo, médico- en jefe, director académico y director del Instituto Nacional de Investigación Infantil, que no participó en la investigación. «El laboratorio del Dr. Gallo ha estado a la vanguardia en la comprensión de cómo el cerebelo, además de la corteza, contribuye de manera importante a alterar el desarrollo normal del cerebro en los bebés prematuros, lo que los pone en mayor riesgo de discapacidades. Estas contribuciones fundamentales son fundamentales para comprender cómo podemos mejorar la atención de estos bebés frágiles en sus primeros años de vida y proteger su cerebro».
«Una comprensión más profunda de la conexión entre la lesión cerebral, el desarrollo de las células de Purkinje y los circuitos podría brindar oportunidades para explorar una mejor orientación de enfoques farmacológicos», dijo Aaron Sathyanesan, Ph.D., profesorado de investigación y primer autor del estudio. «Ciertos medicamentos dirigidos podrían brindar protección adicional a las células de Purkinje, mitigando los efectos de la lesión cerebral en el desarrollo locomotor después de los nacimientos prematuros».
Los resultados del estudio tienen implicaciones para la práctica clínica. A medida que la atención de los bebés prematuros continúa mejorando, los neonatólogos enfrentan nuevos desafíos para garantizar que los bebés no solo sobrevivan sino que prosperen. Necesitan encontrar formas de prevenir los impactos de por vida que el parto prematuro tendría en el cerebelo y el cerebro en desarrollo.
El neonatólogo asistente y autor, Panagiotis Kratimenos, MD, Ph.D., reflexionó más sobre el Implicaciones futuras de esta investigación: «Con la nueva generación de bebés extremadamente prematuros, los métodos más sofisticados son esenciales para proteger sus cerebros. Cuanto más entendamos sobre estos mecanismos, más podremos ayudar a los bebés prematuros a convertirse en adolescentes y adultos. con la capacidad de vivir una vida funcional».
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Hipoxia perinatal asociada con déficits de aprendizaje del cerebelo a largo plazo y fallas en el encendido de las células de Purkinje Más información: Aaron Sathyanesan el al., «Disruption of neonatal Purkinje cell function underlies lesion-related déficits de aprendizaje», PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2017876118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por Children’s National Hospital Cita: El nacimiento prematuro interrumpe la función de las células de Purkinje, lo que resulta en déficits de aprendizaje locomotor (8 de marzo de 2021) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-premature-birth-disrupts-purkinje-cell.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.