El rápido aumento de la obesidad y la consiguiente expansión de la diabetes tipo 2 representan un enorme desafío para nuestra sociedad. La ausencia de medicamentos eficaces y seguros para prevenir o detener este desarrollo es debida principalmente al hecho de que la maquinaria molecular que controla el metabolismo sistémico sigue siendo en su mayoría desconocidos.
Ahora Investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM) han descubierto el mecanismo por el cual nuestro cerebro toma activamente el azúcar de la sangre. Hasta ahora se asumía que se trataba de un proceso puramente pasivo, pero un equipo internacional dirigido por el experto en diabetes Matthias Tschöp y publicado en la revista 'Cell' ha demostrado que el transporte de azúcar en el cerebro está regulado por las células gliales que reaccionan a hormonas como la insulina o la leptina.
Matthias Tschöp de la Cátedra de Enfermedades Metabólicas en TUM, Director de la División de Enfermedades Metabólicas y del Centro de Diabetes de Helmholtz (HDC) en el Helmholtz Zentrum München, está investigando cómo los centros de control del cerebro modulan de manera remota nuestro metabolismo con el fin de ajustarse de forma óptima al ambiente. El cerebro tiene el mayor consumo de azúcar de todos los órganos y también controla la percepción de hambre, lo que hizo sospechar a los científicos de que el proceso para mantener al cerebro con suficiente azúcar no podía ser completamente al azar", por lo que la doctora Cristina García-Cáceres, neurobióloga de la HDC y autor principal del estudio. "Estábamos equivocados en el hecho de que las células nerviosas aparentemente no controlaban este proceso y, por tanto, pensábamos que se producía de forma pasiva. Luego tuvimos la idea de que las células de la glía como los astrocitos, que durante mucho tiempo habían sido mal interpretados como "células de apoyo" menos importantes, podría tener algo que ver con el transporte de azúcar en el cerebro ".
Los astrocitos son las células más comunes en el cerebro. Una de sus tareas es formar la barrera sangre-cerebro, permitiendo
selectivamente el acceso solamente a ciertas sustancias a través de las células nerviosas, jugando un papel clave en el aporte de sustratos energéticos a las neuronas.
Ya se conocía que la posición estratégica de los astrocitos entre los capilares sanguíneos y las neuronas forman un "acople neurometabólico" por el cual toman la glucosa de la circulación, la almacenan como glucógeno o la metabolizan en lactato, un sustrato energético que puede pasar a las neuronas para su utilización. Los astrocitos pueden también regular el aporte de glucosa a las neuronas a través de la modulación del flujo sanguíneo vía vasodilatación o vasoconstricción de los vasos sanguíneos. Por décadas, la contribución de los astrocitos ha sido examinada a nivel individual como parte de la unidad neuro-glia-vascular. Sin embargo, los datos recientes resaltan las extraordinarias propiedades de los astrocitos como redes conectadas por uniones gap, las cuales no sólo influyen en las sinapsis locales, sino que también modulan los circuitos neuronales distales.
Recientemente los científicos ya habían demostrado que los astrocitos reaccionan a la leptina, una hormona metabólica (Kim et al., 2014), un factor importante para el control de la saciedad. Debido a que ahora leptina e insulina han demostrado que influyen en los astrocitos, los investigadores proponen para desarrollar un nuevo modelo que, además de las neuronas, también tenga en cuenta los astrocitos como los reguladores del metabolismo y de la sensación de hambre. Tienen la esperanza de que la revisión más detallada de esto proporcionará nuevas perspectivas para el desarrollo de fármacos.
Los científicos examinaron por lo tanto, primero la actividad de los receptores de insulina en la superficie de los astrocitos, las estructuras moleculares que responden a la insulina en el metabolismo celular. Aquí encontraron que si estos receptores faltaban en ciertos astrocitos el resultado era una menor actividad en las neuronas que frenaban la absorción de los alimentos (neuronas propiomelanocortina). Al mismo tiempo, la adaptación del metabolismo a desafíos como la ingesta de azúcar se deterioraba. Con la ayuda de tecnologías avanzadas de imagen como la tomografía por emisión de positrones, los científicos fueron capaces de demostrar que las hormonas como la insulina y la leptina actúan específicamente sobre las células "apoyo" de la glia para regular el consumo de azúcar en el cerebro, como un "interruptor de azúcar '. Sin receptores de insulina, los astrocitos se hicieron menos eficaces en el transporte de glucosa en el cerebro, particularmente en el área de los centros de saciedad, que se encuentran en el hipotálamo.
"Nuestros resultados muestran por primera vez que metabólica esencial y procesos de comportamiento no están regulados solo a través de las células neuronales y que otros tipos de células en el cerebro, como los astrocitos, juegan un papel crucial", explica el director del estudio Matthias Tschöp, que también dirige el división de descubrimiento de fármacos en el Centro alemán de Investigación de la Diabetes (DZD). "Esto representa un cambio de paradigma y podría ayudar a explicar por qué ha sido tan difícil encontrar medicamentos para la diabetes y la obesidad hasta ahora."
Según los científicos, ahora serán necesarios numerosos nuevos estudios para ajustar el antiguo modelo de control puramente neural de la ingesta de alimentos y el metabolismo con un concepto en el que los astrocitos también desempeñan un papel crucial.
Sobre los astrocitos y las células de la glia.
Los astrocitos son células localizadas en el sistema nervioso central: encéfalo y médula espinal. Forman, junto con los oligodendrocitos, células de Schwann y la microglía, el grupo de células gliales del sistema nervioso. Durante mucho tiempo se ha considerado a los astrocitos como células de menor importancia cuando se comparaban con las neuronas, y sus funciones parecían limitarse a mantenedoras de la homeostasis neuronal y a la formación de las barreras del sistema nervioso central.
En la década de los 80, la profesora de la U. de Berkeley Marian Diamond se consiguió algunas muestras del cerebro del físico Albert Einstein, las que comparó con las de otros 11 hombres corrientes. A esta investigadora le llamó la atención que en el genial Einstein las llamadas células de la glia -consideradas como un simple cemento que mantiene unidos los circuitos neuronales- duplicaban en número a las que tiene una persona promedio.
A pesar de las críticas que recibió el estudio de Diamond, fue el primero que hizo sospechar que la glia, que representa el 85% de las células nerviosas del cerebro, era mucho más que un pegamento para mantener unidas a las neuronas, que son sólo el 15% restante de estas células. Hubo que esperar hasta los años 90 para comprobar que las células de la glia se comunican a través del calcio que intercambian entre ellas. R. Douglas Fields, uno de los científicos más importantes de nuestro tiempo y autor del libro "El otro cerebro", ya apuntaba en Scientific American Mind que los distintos tipos de glias no sólo interactúan con las neuronas, sino que son las primeras células cerebrales en responder a enfermedades, regulando también la velocidad de transmisión de datos entre zonas lejanas del cerebro y ayudándonos a ejecutar procesos cognitivos complejos.
Además, al deteriorarse con la edad provocan demencia, por lo que varias terapias están apuntando a ellas. Su estudio está redefiniendo las bases de la neurociencia, al determinar que las glias no sólo ejecutan tareas clave, sino que son actores en enfermedades que van desde el Alzheimer a la esquizofrenia.
Fuentes:
- Cell types like astrocytes regulate metabolic processes. Discovery of a brain sugar switch. Technical University of Munich.
- Escartin C y Rouach N (2013). Astroglial networking contributes to neurometabolic coupling. Frontiers in Neuroenergetics 5: Article 4.
- Caceres, C. et al. (2016): Astrocytic insulin signaling couples brain glucose uptake with nutrient availability, Cell, 08/2016. DOI: 10.1016/j.cell.2016.07.028
- Sobre Dr. Matthias Tschöp. Technical University og Munich. http://www.mri.tum.de/node/288
- Sobre Douglas Field: http://blog.brainfacts.org/author/dfields/#.V7q5ipOLSu4.
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