Tesis de Damien en Carenity: la plasticidad, o cuando el cerebro se reeduca a sí mismo

Hola Damien, ¿cuándo llegaste a Carenity y cuál es tu papel aquí?

Hola, llegué a Carenity en febrero de 2019 después de mi tesis. En Carenity, formo parte del equipo de Análisis de Datos. Nos esforzamos por ser la voz del paciente a través del desarrollo de cuestionarios, el análisis de las respuestas y la devolución de los resultados con la mayor precisión posible a las partes interesadas del sistema de salud.

Tu tesis en neurociencia se centra en la plasticidad del cerebro. ¿Puedes explicarnos qué es la plasticidad y cómo evoluciona a lo largo de nuestra vida?

La plasticidad es la capacidad del cerebro para ser modificado como resultado de un cambio en el ambiente. Durante nuestro desarrollo, existen ventanas de tiempo precisas con alta plasticidad (llamados períodos críticos). Estos períodos críticos son ventanas de aprendizaje que se extienden durante el desarrollo. En efecto, no aprendemos todo al mismo tiempo: son primero nuestras áreas sensoriales primarias (vista, oído...) las que son plásticas, luego las áreas de la corteza correspondientes a la locomoción, los lenguajes y finalmente las áreas cognitivas superiores (para más información, véase Hensch et al., 2005). Una vez adulto, todos estos períodos críticos han terminado, y la corteza del adulto no es muy plástica (Figura 1). Esta plasticidad nos permite explicar que es más fácil aprender a caminar o a hablar un nuevo idioma cuando se es joven que cuando se es adulto.

Figura 1: Los diferentes períodos críticos durante el desarrollo postnatal

Un cerebro demasiado plástico o, por el contrario, muy poco plástico sería la causa de algunas enfermedades. ¿Puedes decirnos algo más al respecto?

Es bueno que la corteza adulta ya no sea plástica, esto nos permite memorizar lo que se ha aprendido. De hecho, si nuestros cerebros siguieran siendo plásticos, no podríamos conservar la información que aprendimos, lo que se parecería a los síntomas de la enfermedad de Alzheimer. Por ejemplo, aprendí a andar en bicicleta cuando era joven (durante un período crítico), pero no lo he hecho en dos años. Sin embargo, hoy he podido volver a andar en bici sin problemas porque esta información ha sido registrada.

Hay algunas enfermedades que pueden deberse a un mal período crítico (demasiado corto o demasiado largo) o a un aprendizaje deficiente durante este período (no existe una estimulación adecuada). Esto es particularmente cierto en el caso de la ambliopía, para la cual las aferencias oculares a la corteza visual binocular no son óptimas. En estos casos, sería interesante poder reabrirtemporalmente una ventana de plasticidad en los adultos para poder aprender lo que se ha aprendido mal. De manera similar, la rehabilitación después de un derrame cerebral podría facilitarse reabriendo el período crítico eliminando esta barrera al aprendizaje.

Tu tesis se centra en la corteza visual, donde una ventana de plasticidad en los niños enseña a ambos ojos a conectarse con el lugar correcto de la corteza visual. Cuando esto no se ha aprendido bien, se habla de ambliopía o síndrome del "ojo perezoso", es decir, de una diferencia en la agudeza visual entre los ojos. ¿En qué punto concreto estudiaste este fenómeno?

La ambliopía es una enfermedad que afecta a pacientes con afecciones de ambos ojos que no están bien conectados a la corteza visual binocular. Podemos corregir este problema si cerramos el ojo que se conecta demasiado a esta corteza durante el período crítico. En los seres humanos, este período crítico se cierra entre 10 y 12 años. Después de 12 años, la ambliopía es más difícil de corregir porque la corteza visual del adulto es menos plástica (período crítico cerrado). Durante mi tesis, me intenté desarrollar herramientas para restaurar la plasticidad de la corteza visual adulta reabriendo un período crítico.

¿Qué se sabe sobre el funcionamiento de la plasticidad visual en ratones?

Los primeros estudios sobre los períodos críticos se realizaron en la corteza visual. Estos estudios han puesto de relieve los mecanismos biológicos que explican la apertura y el cierre del período crítico. Entre todos estos factores, se ha demostrado que la concentración de una determinada molécula (llamada Otx2) controla la apertura y cierre del período crítico (ventana de plasticidad). Lo interesante es que esta molécula no es producida por las células de la corteza visual sino por el líquido cefalorraquídeo (producido por el plexo coroideo). Así, Otx2 reconoce las células que controlan esta plasticidad gracias a la matriz extracelular que rodea a estas células, y en particular a un "azúcar" de esta matriz.

Ahora se acepta un modelo de período crítico con dos umbrales de acumulación de Otx2 en estas células que controlan la plasticidad de la corteza visual. A partir de un primer umbral de acumulación de Otx2, se abre el período crítico (en azul Figura 2). Otx2 se sigue acumulando hasta un segundo umbral que cierra esta ventana de plasticidad. Lo que es esencial es el hecho de que Otx2 debe seguir acumulándose en los adultos para mantener el estado no plástico de esta corteza (Figura 2).

Figura 2: Modelo de dos umbrales de acumulación de Otx2 en el control del período crítico

¿Cómo podemos utilizar este mecanismo para abrir una nueva ventana de plasticidad más adelante?

Dado que Otx2 debe continuar acumulándose en sus células diana en adultos para mantener el estado no plástico, si disminuimos la cantidad de Otx2 que lo logra, podemos caer por debajo del segundo umbral de acumulación de Otx2 y así reabrir una ventana de plasticidad (Figura 2). Existen diferentes maneras de reducir esta cantidad de Otx2. Durante mi tesis, me interesé más profundamente a la interacción de Otx2 con el "azúcar" que reconoce. Así, si inyectamos estos azúcares en la corteza, Otx2 se adhiere a ella y ya no se acumula en las células que controlan la plasticidad, lo que reduce la cantidad de Otx2 y por lo tanto una reapertura de la plasticidad. Es difícil conseguirlo, porque este azúcar preciso es difícil de extraer y de sintetizar (casi un año de síntesis). Así, con la ayuda de químicos, caracterizamos un compuesto fácilmente sintetizado (1 semana de síntesis) que imita el azúcar que reconoce Otx2. La inyección de este compuesto en la corteza del ratón permitió engañar al Otx2 e interactuar con el. Por lo tanto, hay menos Otx2 disponible para las células de la corteza, lo que reabre una ventana de plasticidad en los adultos. Esta innovadora molécula fue patentada durante mi tesis.

¿Qué perspectivas abre esta patente para la investigación médica? ¿Cuáles son los próximos pasos?

Esta patente tiene muchas perspectivas, tanto para la investigación médica como para la investigación fundamental. En efecto, el éxito en la imitación de los azúcares gracias a una síntesis rápida y sencilla permitirá estudiar con mayor precisión las funciones fisiológicas de estos azúcares. Por supuesto, este descubrimiento es el primer paso en un largo viaje para encontrar la formulación óptima para la interacción de estas imitaciones con proteínas que tienen un papel fisiológico importante.

A largo plazo, ¿podrán ajustarse otros cortex de esta manera, como con la visión?

El papel de Otx2 en la plasticidad se caracterizó por primera vez en la corteza visual. Dado que Otx2 es secretado por el plexo coroideo en el fluido cerebral espinal, encontramos a Otx2 en varias cortezas diferentes (Figura 3). Por lo tanto, se ha estudiado su papel en otras cortezas y estos estudios han demostrado que tiene un papel similar en otras dos cortezas (auditiva y piriforme). Así, sería posible que Otx2 controlara muchos períodos críticos durante el desarrollo de nuestro cerebro (para más información Di Nardo et al., 2018).

¡Muchas gracias a Damien por compartir su investigación con nosotros!
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