Pequeños 'pelos' dentro del cerebro llamados cilios juegan un papel clave

Las células a lo largo de las cavidades del cerebro están equipadas con pequeñas protuberancias similares a pelos llamadas cilios. Los cilios aún no se comprenden bien, pero se sabe algunas cosas sobre qué puede suceder si no están haciendo su trabajo. Las personas con defectos ciliares pueden desarrollar afecciones neurológicas como hidrocefalia y escoliosis.

Una nueva investigación del grupo Yaksi en el Instituto Kavli de Neurociencia de Sistemas de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU, por sus siglas en inglés), Estados Unidos, muestra que los cilios son esenciales para que el cerebro se desarrolle normalmente. Ahora, un artículo recién publicado en 'Current Biology' ofrece más información sobre cómo funcionan los cilios y por qué son tan importantes para el cerebro.

El cerebro humano tiene cuatro cavidades llenas de líquido llamadas ventrículos, todos los cuales están interconectados. Los ventrículos están llenos de líquido cefalorraquídeo, que también se produce aquí. El líquido cefalorraquídeo está en constante movimiento, pero el movimiento varía según lo que estemos haciendo.

"Existen varias teorías, pero durante muchos años se ha reconocido que esta circulación de fluidos suministra nutrientes al cerebro, al tiempo que elimina los productos de desecho", dice la investigadora principal Nathalie Jurisch-Yaksi, del Instituto Kavli de NTNU. "El flujo de líquido cefalorraquídeo también contribuye a la transmisión de señales moleculares a través del cerebro", añade Emre Yaksi, profesor del Instituto Kavli.

No sería posible realizar este tipo de investigación en seres humanos, debido a razones éticas y prácticas, por lo que el grupo de investigación ha optado por hacer su estudio sobre larvas de pez cebra. Las larvas de pez cebra son ideales para este tipo de investigación, ya que son vertebrados como los humanos y a menudo nos pueden decir algo sobre cómo se desarrolla y funciona el cerebro humano.

El pez cebra es transparente durante su etapa larvaria, lo que significa que es posible investigar el desarrollo cerebral y el funcionamiento del pez cebra con un detalle sorprendente, sin ninguna intervención y sin causarles ningún dolor. "Incluso, podríamos investigar cada célula y cilios individuales", dice la candidata a doctora y coautora Christa Ringers.

GRUPOS DE CÉLULAS CON CILIOS ORGANIZADOS EN DISTINTAS ZONAS DE LOS VENTRÍCULOS

Los investigadores del grupo Yaksi descubrieron que los grupos de células con cilios están organizados en diferentes zonas de los ventrículos, que en conjunto crean un flujo estable y direccional del fluido. Las pulsaciones de los latidos del corazón y los movimientos corporales también afectan a la circulación del líquido cefalorraquídeo, pero los movimientos de los cilios parecen proporcionar un flujo de líquido estable dentro de los ventrículos individuales.

Este flujo es local, por lo que se limita en gran medida a cada uno de los ventrículos; pero al mismo tiempo, parece que hace falta el flujo compartimentado para mantener abiertos los conductos entre las diferentes cavidades. "Si detenemos el movimiento de los cilios, los conductos se cierran", dice Jurisch-Yaksi.

El flujo de fluido en cada ventrículo y el intercambio de fluido entre los diferentes ventrículos depende de si estamos en reposo o en movimiento. "Encontramos sorprendentemente poco intercambio de líquido entre los ventrículos mientras los peces estaban en reposo, a pesar de que las pulsaciones de los latidos del corazón causaron algún flujo entre ellos", dice la candidata a doctor Emilie Willoch Olstad, primera autora del artículo en 'Current Biology'.

Pero todo esto cambia cuando nos movemos. La locomoción conduce a un gran grado de intercambio de fluidos entre los diferentes ventrículos. Los cilios caen en uno de los dos grupos principales, móviles o no móviles, también llamados cilios primarios. Los grupos de Yaksi examinaron los cilios móviles.

A diferencia de la mayoría de los otros cilios en el cuerpo humano que contribuyen a la transferencia de fluidos, como los cilios respiratorios con forma de cepillo que protegen el pulmón, los investigadores de Kavli encontraron que los cilios a lo largo de los ventrículos cerebrales del cerebro del pez cebra en desarrollo tienen un movimiento como de propulsión, al igual que la cola de los espermatozoides.

Los cilios también pueden contribuir indirectamente a mantener el cerebro joven y sano. Las nuevas células nerviosas nacen cerca de la pared de los ventrículos cerebrales llenos de líquido y, desde aquí, migran a diferentes áreas del cerebro. Se sugirió que la diferenciación de estas células recién nacidas está influenciada por nutrientes y señales moleculares que se distribuyen por el flujo del líquido cefalorraquídeo cerca de las paredes ventriculares.

En el pez cebra, el nacimiento de nuevas neuronas, también llamadas neurogénesis, ocurre no solo en el cerebro en desarrollo, sino también en peces adultos. Estudios recientes revelaron que este tipo de neurogénesis en adultos también se produce en humanos.

Estudiar los movimientos dinámicos de los fluidos es extremadamente complicado y requiere un enfoque multidisciplinario. Matemáticos, ingenieros y físicos están entre quienes pueden ayudar a entender cómo se produce el movimiento de los cilios y se genera el flujo.

El grupo Yaksi en el Instituto Kavli está ansioso por colaborar con ingenieros que pueden ayudar a desarrollar mejores herramientas analíticas y modelos de ordenador para estudiar la circulación de fluidos en el cerebro. Están buscando activamente personas y colaboradores con las habilidades adecuadas. Y su investigación está lejos de terminar. El siguiente paso es ver si es posible influir en el funcionamiento del cerebro del pez cebra mediante la manipulación de los cilios y viceversa.