El estudio del cerebro sigue siendo uno de los desafíos más importantes en neurociencia. Los investigadores han explorado diversos métodos para la visualización en vivo y la estimulación de la actividad profunda del cerebro. Uno de estos métodos es la excitación multifotón mediante el uso de luz infrarroja (IR) pulsada. Los tejidos absorben de forma muy débil este tipo de luz, de manera que puede penetrar a través del hueso y en profundidad en órganos como el cerebro. Sin embargo, tiene limitaciones para producir imágenes enfocadas y controlar la actividad celular con precisión. Para superar esto, los científicos han estado investigando la excitación mediante tres fotones utilizando pulsos ultracortos de luz IR para lograr la visualización de todo el córtex cerebral y la observación de la actividad neuronal. Sin embargo, hasta ahora, no se había probado la estimulación neuronal in vivo utilizando la excitación de tres fotones.

Un estudio pionero, liderado por el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) en colaboración con el ICFO – Instituto de Ciencias Fotónicas, ambos miembros del BIST, ha presentado el primer método para controlar la actividad cerebral en organismos vivos utilizando fármacos activados por excitación de tres fotones y luz infrarroja media. Este método se basa en la activación de un receptor específico para la acetilcolina, un neurotransmisor vital involucrado en varios procesos cerebrales, como el aprendizaje, la atención y la memoria.

Para lograrlo, los investigadores utilizaron PAI, una molécula sensible a la luz previamente desarrollada en el IBEC, utilizando la concentración de fármaco más baja y la longitud de onda de foto activación más larga jamás registrada.

El estudio, publicado en la revista Angewandte Chemie, fue dirigido por el Dr. Pau Gorostiza, Profesor de Investigación ICREA, miembro del CIBER-BBN y líder del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores en el IBEC, y por el Dr. Pablo Loza-Álvarez, jefe del laboratorio de Microscopía de Super resolución y Nanoscopía (SNL) del ICFO.

«La novedad de estos resultados es que nos demuestran que podemos controlar la actividad de los fármacos utilizando luz infrarroja. Además, la mayoría de los compuestos fotosensibles que solíamos usar en fotofarmacología con luz ultravioleta y visible son igualmente susceptibles a ser activados mediante la excitación de tres fotones con luz infrarroja de longitud media, que resulta menos agresiva para los tejidos.», explica Gorostiza.

«Además, esta técnica, al ser iluminación IR, ofrece la posibilidad de llegar muy profundo dentro del tejido y con resoluciones submicrométricas en las tres dimensiones. En términos simples, significa que podemos localizar la activación justo en el punto focal del haz láser, al iluminarlo externamente a través del cráneo», agrega Loza-Álvarez.

Estos resultados muestran el potencial de la farmacología de tres fotones y abren nuevas perspectivas para la investigación fundamental en neurobiología y el desarrollo de terapias de neuromodulación basadas en la luz.

El poder de la luz

La luz se puede utilizar para lograr dirigir la acción de fármacos en áreas específicas del cuerpo mediante la fotofarmacología. Este enfoque innovador implica modificar la estructura química de un fármaco agregando a su estructura un interruptor molecular activado por la luz. De esta manera se consigue que el fármaco se active solo cuando se expone a un color de luz particular.

En investigaciones anteriores, científicos y científicas del IBEC intentaron activar PAI utilizando excitación de una fotón y dos fotones con una reversibilidad y un control in vivo limitados. En su nuevo artículo científico, los investigadores recurrieron a la luz infrarroja de longitud de onda más larga y a cálculos teóricos para mejorar la activación de PAI a través de excitaciones de múltiples fotones. Estos cálculos, realizados por el laboratorio de Josep Maria Lluch y Jordi Hernando en la Universidad Autónoma de Barcelona, sugirieron que la excitación de tres fotones podría ser más eficiente que las alternativas de dos fotones y que el principio podría ser ampliamente aplicable.

Posteriormente, los investigadores llevaron a cabo experimentos in vivo para validar estas predicciones teóricas. Utilizaron larvas de pez cebra genéticamente modificadas para expresar un indicador de calcio fluorescente. La actividad neuronal conduce a rápidas fluctuaciones en los niveles intracelulares de calcio libre, razón por la cual los indicadores de calcio se utilizan comúnmente para visualizar la actividad neuronal.

Esta configuración experimental les permitió observar y analizar las alteraciones en los niveles de calcio cuando el cerebro fue expuesto a estimulación lumínica a través de la excitación de tres fotones: «La primera vez que vimos las respuestas cerebrales quedamos realmente impresionados. Administrarnos el compuesto PAI en su forma inactiva, que fue captado por el cerebro del pez cebra, y cuando lo excitamos con los destellos de tres fotones, todo el cerebro se iluminó. Usando nuestro equipo, pudimos ver claramente la activación de PAI en forma de cambios en la actividad cerebral», destaca Rosalba Sortino, primera autora del estudio y recién doctorada en el grupo de Gorostiza en IBEC.

Referencia

Sortino R, Cunquero M, Castro Olvera G, Gelabert R, Moreno M, Riefolo F, et al. Three-Photon Infrared Stimulation of Endogenous Neuroreceptors in Vivo. bAngew Chem Int Ed. https://doi.org/10.1002/anie.202311181

26 octubre 2023 | Fuente: EurekAlert| Tomado de Comunicado de Prensa

Unos auriculares pueden convertirse en una herramienta para registrar la actividad eléctrica del cerebro y los niveles de lactato en el organismo gracias a dos sensores flexibles serigrafiados en una superficie flexible similar a un sello, según publica un grupo de investigadores de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.) en un artículo de Nature Biomedical Engineering. Estos sensores pueden comunicarse con los auriculares, que a su vez transmiten de forma inalámbrica los datos recogidos para su visualización y posterior análisis, ya sea en un teléfono inteligente o en un ordenador portátil. Los datos pueden utilizarse para vigilar la salud a largo plazo y detectar enfermedades neurodegenerativas.

Los datos de un electroencefalograma (EEG), que mide la actividad eléctrica del cerebro, y del lactato del sudor, pueden combinarse para diversos fines. Por ejemplo, pueden utilizarse para diagnosticar distintos tipos de crisis, incluidas las epilépticas. También pueden utilizarse para controlar el esfuerzo durante el ejercicio físico y controlar los niveles de estrés y concentración. Los investigadores prevén un futuro en el que los sistemas de neuroimagen y control de la salud funcionen con sensores portátiles y dispositivos móviles, como teléfonos, auriculares, relojes, etc., para realizar un seguimiento de la actividad cerebral y los niveles de muchos metabolitos relacionados con la salud a lo largo del día. Esto permitiría a los usuarios mejorar las capacidades cerebrales y corporales. El equipo también prevé un futuro en el que las capacidades de los dispositivos de audio portátiles existentes, como los auriculares, puedan ampliarse considerablemente para recoger una gama mucho más amplia de datos.

Los investigadores prevén que este trabajo dé lugar a nuevas terapias. «El acoplamiento de las señales cerebrales medidas con el sonido reproducido por el dispositivo en el oído puede permitir nuevos avances terapéuticos de gran alcance para la corrección activa de trastornos neurológicos debilitantes, como el tinnitus, para el que actualmente no existe ningún tratamiento eficaz

Referencia

Xu Y, Paz E De La , Paul A, Mahato K, Sempionatto JR, Tostado N,  et al. In-ear integrated sensor array for the continuous monitoring of brain activity and of lactate in sweat. Nat Biomed Eng[Internet].2023[citado 21 0ct 2023];1307–1320.  https://doi.org/10.1038/s41551-023-01095-1

23 octubre 2023| Fuente: Neurología| Tomado de Noticia

El hallazgo podría interpretarse como un primer paso importante en la generación de aplicaciones clínicas para utilizar el ultrasonido ante enfermedad mental.

Una investigación realizada por neurocientíficos de la Universidad de Plymouth exploró los impactos de una técnica emergente llamada estimulación transcraneal por ultrasonido (TUS), cuyos resultados se publican en ´Nature Communications´.

Por lo general, los exámenes de ultrasonido implican el uso de haces amplios y difusos de ultrasonido para crear imágenes sin afectar el tejido objetivo. Sin embargo, enfocar los rayos a través de TUS puede aumentar la presión en la región objetivo y cambiar la forma en que las neuronas se comunican entre sí.

El equipo de investigación reclutó a 24 adultos sanos demostró que el TUS puede inducir cambios significativos en la concentración de GABA (ácido gamma-aminobutírico) dentro de la corteza cingulada posterior del cerebro en la hora siguiente al tratamiento con ultrasonido.

El estudio, realizado en el Centro de Imágenes e Investigación del Cerebro de la Universidad de Plymouth, un centro de investigación de última generación inaugurado en 2022 para ayudar a comprender mejor la actividad cerebral y el comportamiento humano, también mostró que en la hora siguiente al tratamiento TUS, la forma en que la corteza cingulada posterior se comunica con el resto del cerebro también se vio profundamente alterada.

Sin embargo, los cambios no fueron consistentes en todas las áreas y los niveles de GABA no se alteraron en la corteza cingulada anterior, otra área cortical igualmente relacionada con las condiciones psiquiátricas pero que subyace a diferentes funciones cognitivas, particularmente relacionadas con la toma de decisiones, el aprendizaje y la regulación de la atención.

El equipo de investigación, que también incluyó a expertos de los Hospitales Universitarios de Plymouth NHS Trust, el University College London, la Universidad Radboud de Nijmegen y la Universidad de Oxford, indicó que el estudio representa un primer paso importante en la generación de aplicaciones clínicas que podrían utilizar el ultrasonido para tratar la enfermedad mental.

Según los autores, el estudio proporciona evidencia de que la TUS funciona en humanos y que los cambios en el cerebro son reversibles, aunque será necesario trabajar mucho más antes de que pueda aplicarse en un entorno clínico.

Los científicos están ya explorando si el TUS puede usarse para cambiar el sistema dopaminérgico, lo que potencialmente podría alterar la forma en que las personas toman decisiones, aprenden y se motivan a participar en ciertos comportamientos relevantes para la adicción.

Referencia

Yaakub SN, White TA, Roberts J, Martin E, Verhagen L, Stagg Ch J, et al. Transcranial focused ultrasound-mediated neurochemical and functional connectivity changes in deep cortical regions in humans. Nat Commun 14, 5318 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-40998-0

12/09/2023

Fuente:( IMMedico) Tomado de Noticia- Atención Primaria  © 2023 Copyright: Publimas Digital

Los investigadores han descubierto que una inyección de un factor sanguíneo específico puede replicar los beneficios del ejercicio en el cerebro. Han descubierto que las plaquetas secretan una proteína, exerkine CXCL4/factor plaquetario 4 o PF4, que rejuvenece las neuronas en ratones ancianos de forma similar al ejercicio físico. Esta proteína, que se libera de las plaquetas después del ejercicio, produce mejoras regenerativas y cognitivas cuando se inyecta en ratones de edad avanzada.

Los efectos beneficiosos de la actividad física sobre el envejecimiento cerebral están bien reconocidos, y las exerquinas, factores que se secretan a la circulación en respuesta al ejercicio, emergen como probables mediadores de esta respuesta. Sin embargo, la fuente y la identidad de estas exerquinas siguen sin estar claras. Aquí proporcionamos evidencia de que las plaquetas secretan una exercina antigerónica.

Mostramos que las plaquetas se activan con el ejercicio y son necesarias para el aumento inducido por el ejercicio en la proliferación de células precursoras del hipocampo en ratones de edad avanzada. También demostramos que el aumento de los niveles sistémicos de la exercina CXCL4/factor plaquetario 4 (PF4) derivada de plaquetas mejora los deterioros cognitivos y regenerativos relacionados con la edad de una manera dependiente de la neurogénesis del hipocampo. En conjunto, estos hallazgos resaltan el papel de las plaquetas en la mediación de los efectos rejuvenecedores del ejercicio durante el envejecimiento fisiológico del cerebro.

Comentarios

Los ensayos preclínicos realizados por investigadores de la Universidad de Queensland han descubierto que una inyección de un factor sanguíneo específico puede replicar los beneficios del ejercicio en el cerebro.

La Dra. Odette Leiter y la Dra. Tara Walker del Queensland Brain Institute de la UQ dirigieron un equipo que descubrió que las plaquetas, las pequeñas células sanguíneas fundamentales para la coagulación de la sangre, secretan una proteína que rejuvenece las neuronas en ratones ancianos de forma similar al ejercicio físico.

«Sabemos que el ejercicio aumenta la producción de nuevas neuronas en el hipocampo, la parte del cerebro importante para el aprendizaje y la memoria, pero el mecanismo no ha quedado claro», afirmó el Dr. Leiter.

«Nuestra investigación anterior ha demostrado que las plaquetas están involucradas, pero este estudio muestra que en realidad se necesitan plaquetas para este efecto en los ratones de edad avanzada».

Los investigadores se centraron en las exercinas, los compuestos biológicos liberados en el torrente sanguíneo durante el ejercicio, que se cree que estimulan la respuesta inducida por el ejercicio en el cerebro.

«Descubrimos que la exerquina CXCL4/factor plaquetario 4 o PF4, que se libera de las plaquetas después del ejercicio, produce mejoras regenerativas y cognitivas cuando se inyecta en ratones de edad avanzada», afirmó el Dr. Leiter.

El Dr. Walker dijo que los hallazgos tienen implicaciones importantes para el desarrollo de intervenciones farmacológicas.

«Para muchas personas con problemas de salud, problemas de movilidad o de edad avanzada, el ejercicio no es posible, por lo que la intervención farmacológica es un área importante de investigación», afirmó.

«Ahora podemos apuntar a las plaquetas para promover la neurogénesis, mejorar la cognición y contrarrestar el deterioro cognitivo relacionado con la edad».

Los investigadores dijeron que el siguiente paso es probar la respuesta en ratones enfermos de Alzheimer, antes de pasar a los ensayos en humanos.

«Es importante tener en cuenta que esto no reemplaza el ejercicio», dijo el Dr. Walker. «Pero podría ayudar a las personas muy mayores o a alguien que haya sufrido una lesión cerebral o un derrame cerebral a mejorar la cognición».

El estudio se publica en Nature Communications.

Referencia

Leiter O, Brici D, Fletcher SJ, Hilary Yong XL, Widagfo J, et al. Platelet-derived exerkine CXCL4/platelet factor 4 rejuvenates hippocampal neurogenesis and restores cognitive function in aged mice. Nat Commun 14, 4375 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39873-9

https://www.nature.com/articles/s41467-023-39873-9

Un estudio psicológico de la Universidad de Constanza (Alemania) sugiere que el cerebro puede evaluar el estado de nuestra propia salud con más precisión de lo que se suponía, e incluso es probable que sea capaz de evaluar correctamente el estado del sistema inmunitario. En el estudio, publicado en Biological Psychology, estos científicos examinaron cómo evalúan las personas recién vacunadas la fuerza de su respuesta inmunitaria al patógeno respectivo.

Tras la vacunación, los participantes en el estudio fueron capaces de evaluar sorprendentemente bien la fuerza con la que su sistema inmunitario estaba preparado para combatir la enfermedad correspondiente. Esto era especialmente cierto en el caso de las personas que sólo habían desarrollado unos pocos anticuerpos. De hecho, el 71% de los participantes que no se sentían bien protegidos tras la vacunación también tenían una respuesta inmunitaria por debajo de la media. Pero el hallazgo más notable es que quienes consideraban que no habían producido niveles elevados de anticuerpos tras la vacunación solían estar en lo cierto en su valoración. Por el contrario, los participantes que evaluaron su respuesta inmunitaria como buena, no siempre estaban en lo cierto. Sin embargo, todos los que tuvieron una respuesta inmunitaria especialmente fuerte también afirmaron sentirse bien protegidos.

Los autores consideran, sin embargo, que aún es demasiado pronto para sacar conclusiones definitivas, al barajar otras posibles causas, entre ellas el efecto placebo. Esto se debe a que la comunicación entre el cerebro y el sistema inmunitario discurre en ambas direcciones. Por tanto, las señales de nuestro cerebro también pueden influir en el sistema inmunitario. En cualquier caso, parece evidente que estos resultados sugieren que es probable que las personas tengan una capacidad real para evaluar su propia salud. Sin embargo, no es descartable que exista una combinación de efectos en juego, incluido el efecto placebo y/o sentimientos de optimismo.

Referencia

Dimitroff S, Würfel L, Meier M, Faig KE, Benz AB, Denk B, et al.  Estimation of antibody levels after COVID-19 vaccinations: Preliminary evidence for immune interoception. Biological Psychology 182,  2023, 108636   https://doi.org/10.1016/j.biopsycho.2023.108636     https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0301051123001540

28 agosto 2023  (Neurología.com)  Tomado- Noticias Neurología   © Viguera Editores, S.L.U. 2023

Un nuevo método, desarrollado por investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) en Alemania, permitirá que sea mucho más fácil medir la actividad cerebral humana hasta el nivel celular. El método se basa en microelectrodos junto con el apoyo de pacientes con tumores cerebrales, que participan en los estudios mientras se les practica una cirugía cerebral ‘despiertos’. Esta técnica permitió al equipo identificar cómo el cerebro procesa los números.

En el trabajo, publicado en Cell Reports, los investigadores han evidenciado que algunas neuronas del cerebro de los participantes estaban especializadas en el manejo de números concretos. Cada una de las neuronas implicadas en este proceso, estaba especialmente activa cuando se presentaba al paciente su número ‘preferido’ de elementos en un patrón de puntos. En menor medida, esto ocurría también cuando los sujetos procesaban símbolos numéricos. Para llegar a este resultado, los investigadores tuvieron que resolver primero un problema fundamental, centrado en que el cerebro funciona mediante impulsos eléctricos. Así que es detectando directamente estas señales cuando es posible aprender más sobre la cognición y la percepción.

Por ello, desarrollaron un método que adapta tecnologías establecidas y abre posibilidades totalmente nuevas en neurociencia. En el centro del procedimiento se encuentran conjuntos de microelectrodos que han sido sometidos a pruebas exhaustivas en estudios con animales. Para garantizar que los electrodos produjeran datos fiables en cirugías con el cerebro humano despierto, los investigadores tuvieron que reconfigurarlos en estrecha colaboración con el fabricante. El truco consistía en aumentar la distancia entre los sensores en forma de aguja utilizados para registrar las actividades eléctricas de una célula. El procedimiento tiene dos ventajas fundamentales, en primer lugar, la cirugía tumoral permitió acceder a una zona mucho más amplia del cerebro, y en segundo lugar, con los electrodos utilizados, que han sido estandarizados y probados en años de ensayos con animales, muchos más centros médicos tendrán la oportunidad de medir la actividad neuronal en el futuro.

Neurología.com