UCSF científicos informan que fueron capaces de llevar a un nuevo período de la "plasticidad", o capacidad de cambio, en los circuitos neuronales de la corteza visual de ratones jóvenes. El enfoque, dicen, podrían algún día utilizarse para crear nuevos períodos de la plasticidad en el cerebro humano que permita la reparación de los circuitos neuronales después de una lesión o enfermedad.

La estrategia - que implicó el trasplante de un tipo específico de neurona inmaduras de ratones embrionarios en la corteza visual de ratones jóvenes - se podría utilizar para tratar los circuitos neuronales alterados en el desarrollo anormal del feto o postnatal, derrame cerebral, lesión cerebral traumática, enfermedad psiquiátrica y el envejecimiento.

Al igual que todas las regiones del cerebro, la corteza visual pasa por un período muy plástico durante la primera infancia. Las células responden fuertemente a las señales visuales, que relevo de una manera rápida, dirigida desde una celda correspondiente a la siguiente en un proceso conocido como la transmisión sináptica. Las conexiones químicas producidas en este proceso de producción de circuitos neuronales que es crucial para la función del sistema visual. En los ratones, este período crítico de plasticidad se produce hacia el final de la cuarta semana de vida.

El catalizador de la plasticidad denominado período crítico en la corteza visual es el desarrollo de la señalización sináptica de las neuronas que liberan el neurotransmisor GABA inhibitorio. Estas neuronas reciben señales de otras neuronas excitadoras, contribuyendo así a mantener el equilibrio de la excitación y la inhibición en el sistema visual.

En su estudio, publicado en la revista Science, (Vol. 327. No. 5969, 2010), los científicos querían comprobar si las neuronas embrionarias, una vez que se había convertido en neuronas inhibitorias GABA-producción, podría inducir plasticidad en ratones después de la período crítico normal había cerrado.

El primer equipo diseccionado las neuronas inmaduras desde su origen en la eminencia media embrionarias ganglionar (MEG) de los ratones embrionarios. Luego se trasplantaron las células de MGE en la corteza de los animales visuales en dos etapas diferentes de menores. Las células madre, dirigidas a la corteza visual, se dispersaron por la región, con una maduración en las neuronas GABAérgicas de inhibición, y hecho generalizado conexiones sinápticas con las neuronas excitadoras.

Entonces, los científicos realizaron un proceso conocido como la privación visual monocular, en la que bloqueó las señales visuales para un ojo en cada uno de los animales durante cuatro días. Cuando este proceso se lleva a cabo durante el período crítico, las células en la corteza visual rápidamente se vuelven menos sensibles para el ojo privado de estimulación sensorial, y se vuelven más sensibles para el ojo no privados, creando alteraciones en los circuitos neurales. Este fenómeno, conocido como la plasticidad de dominancia ocular, en gran medida disminuye a medida que el cerebro madura más allá de este período crítico del desarrollo postnatal.

El equipo quería ver si las células trasplantadas se afectan la respuesta del sistema visual de la privación visual después del período crítico. Los investigadores estudiaron los efectos de las células madre después de lo que les permite madurar durante distintos períodos de tiempo. Cuando las células eran tan jóvenes como 17 días de edad o tan viejo como 43 días de edad, que tuvo poco impacto en los circuitos neurales de la región. Sin embargo, cuando estaban 33-39 días de edad, su impacto fue significativo. Durante ese tiempo, la privación visual monocular cambiado las respuestas neuronales lejos del ojo y privados hacia el ojo no privados, revelando el estado de la plasticidad de dominancia ocular.

De origen natural, o endógenos, las neuronas inhibidoras están también en torno a 33-39 días de edad cuando la duración normal crítico para la plasticidad se produce. Por lo tanto, el impacto que las células trasplantadas "se produjo una vez que habían alcanzado la edad celular de neuronas inhibitorias durante el período crítico normal.

El hallazgo, el equipo dice, sugiere que el plazo normal crítico de plasticidad en la corteza visual se rige por un programa de desarrollo intrínseco de las neuronas inhibidoras, y que las neuronas embrionarias precursores inhibitoria puede retener y ejecutar este programa cuando se trasplantan en la corteza después del parto, lo que la creación de un nuevo período de plasticidad.

"Los hallazgos sugieren que en última instancia, podría ser posible utilizar el trasplante de neuronas inhibitorias, o algún factor que es producido por las neuronas inhibidoras, para crear un nuevo período de plasticidad de duración limitada para reparar los cerebros dañados", dice el autor Sunil P. Gandhi, PhD, un becario postdoctoral en el laboratorio de Michael Stryker, PhD, profesor de fisiología y miembro del Centro Integral de Keck de Neurociencias de la UCSF. "Será importante determinar si el trasplante es igualmente eficaz en los animales más viejos."

Del mismo modo, "los resultados plantean una pregunta fundamental: ¿cómo estas células, a medida que pasan por una etapa específica de su desarrollo, crear estas ventanas de plasticidad? , dice el autor Derek G. Southwell, PhD, un estudiante en el laboratorio de Arturo Alvarez-Buylla, PhD, Heather y Melanie Muss Profesor de Cirugía Neurológica y miembro de la Eli y Edythe Broad Center de Medicina y Regeneración investigación con células madre en la UCSF.

Los resultados podrían ser relevantes para entender por qué aprender ciertos comportamientos, como el lenguaje, se produce con facilidad en niños pequeños, pero no en adultos, dice Álvarez-Buylla. "Injertado células MEG puede ofrecer algún día una forma de inducir plasticidad cortical y el aprendizaje en el futuro."

Los resultados también complementan otros dos estudios recientes UCSF utilizando células de MGE ayudarán a modificar los circuitos neuronales. En un estudio de colaboración entre los laboratorios de Scott Baraban, PhD, profesor de cirugía neurológica, John Rubinstein, MD, PhD, profesor de psiquiatría, y Alvarez-Buylla, las células fueron injertadas en el neocórtex de los roedores de menores, donde se redujo la intensidad de y la frecuencia de ataques epilépticos. (Actas de la Academia Nacional de Ciencias, vol. 106, no. 36, 2009). Otros equipos están explorando esta táctica, también.

En el otro estudio (Cell Stem Cell, vol. 6, número 3, 2010), los científicos de UCSF informó el primer uso de MGES para tratar los síntomas de motor en ratones con una condición diseñado para mimetizar la enfermedad de Parkinson. El hallazgo fue reportado por el laboratorio de Arnold Kriegstein, MD, PhD, profesor de UCSF de la neurología y director de la Eli y Edythe Broad Center de Medicina y Regeneración Investigación con Células Madre de la UCSF, en colaboración con Álvarez-Buylla y Bankiewicz Krys, MD, PhD, profesor de UCSF de la cirugía neurológica.