El parto prematuro interrumpe la función de unas neuronas, provocándo déficits de aprendizaje locomotor

Hasta ahora ha habido una escasez de técnicas disponibles para medir la actividad neuronal durante las tareas de aprendizaje locomotor que involucran el cerebelo. Para superar este desafío, el Children's National utilizó un enfoque multidisciplinario, reuniendo a un equipo de neurocientíficos con neonatólogos que aprovecharon su experiencia conjunta para diseñar una forma novedosa y única de medir la actividad de las células de Purkinje en tiempo real en un modelo preclínico con relevancia para los humanos.

Los investigadores midieron la función del circuito neuronal emparejando la fotometría de fibra GCaMP6f, utilizada para medir la actividad neuronal en el cerebro de un sujeto en movimiento libre, con una ErasmusLadder, en la que necesita viajar del punto A al punto B en una escalera horizontal con peldaños sensibles al tacto que registran el tipo y la longitud de los pasos.

Al reproducir un tono alto justo antes de introducir el obstáculo, los investigadores pudieron medir la rapidez con la que los sujetos eran capaces de anticipar el obstáculo y ajustar sus pasos en consecuencia. Los sujetos con lesiones cerebrales neonatales y los modelos normales fueron sometidos a una serie de ensayos de aprendizaje mientras se monitorizaba simultáneamente la actividad cerebral.

De este modo, el equipo pudo cuantificar el aprendizaje locomotor dependiente del cerebelo y el comportamiento adaptativo, desvelando una comprensión funcional y mecanicista de la patología del comportamiento que no se había visto antes en este campo.

« Con esta tecnología, podemos comprender la respuesta de células específicas a estímulos externos -explica Vittorio Gallo, director de investigación y autor principal-. Nuestros hallazgos se centraron en la actividad de las células de Purkinje para este experimento. Pero extrapolando más, podemos usar esta tecnología en la clínica, aplicando estimulaciones o fármacos específicos de las células para comprender si cada uno tiene un efecto protector o dañino en el cerebro».

Más allá de presentar que las células de Purkinje normales son muy activas durante el movimiento en el ErasmusLadder, el equipo exploró la cuestión de si las células de Purkinje de modelos preclínicos lesionados generalmente no respondían a ningún tipo de estímulo.

Descubrieron que, aunque las células de Purkinje de los sujetos lesionados respondían a las bocanadas de aire, que generalmente indican al sujeto que empiece a moverse en la Escalera Erasmus, la disfunción de estas células era específica del periodo de aprendizaje adaptativo.

Por último, mediante la inhibición quimiogenética, que silencia específicamente la actividad de las células de Purkinje neonatales, el equipo pudo imitar los efectos de la lesión cerebelosa perinatal. De este modo, se consolidó el papel de estas células en los déficits de aprendizaje.

«La investigación hasta la fecha se ha centrado en el daño a la corteza cerebral como la causa de los déficits de aprendizaje» , resalta Mark Batshaw, vicepresidente ejecutivo, médico en jefe, director académico y director del Children's National Research Institute, que no participó en la investigación.

«El laboratorio del doctor Gallo ha estado a la vanguardia en la comprensión de cómo el cerebelo, además de la corteza, contribuye de manera importante a alterar el desarrollo normal del cerebro en los bebés prematuros, lo que los coloca en mayor riesgo de discapacidades --destaca--. Estas contribuciones fundamentales son fundamentales para comprender cómo podemos mejorar el cuidado de estos frágiles bebés en sus primeros años de vida y proteger su cerebro».

El profesor de investigación y primer autor del estudio Aaron Sathyanesan, añade que «una comprensión más profunda de la conexión entre la lesión cerebral, el desarrollo de las células de Purkinje y los circuitos podría permitir oportunidades para explorar una mejor orientación de los enfoques farmacológicos. Ciertos medicamentos dirigidos podrían brindar protección adicional a las células de Purkinje, mitigando los efectos de la lesión cerebral en el desarrollo locomotor después de los partos prematuros».

Los resultados del estudio tienen implicaciones para la práctica clínica. A medida que la atención de los bebés prematuros continúa mejorando , los neonatólogos se enfrentan a nuevos desafíos para garantizar que los bebés no solo sobrevivan sino que prosperen. Necesitan encontrar formas de prevenir los impactos de por vida que de otro modo tendría el parto prematuro en el cerebelo y el cerebro en desarrollo.

El neonatólogo asistente y autor, Panagiotis Kratimenos, reflexiona más sobre las implicaciones futuras de esta investigación: «Con la nueva generación de bebés extremadamente prematuros, los métodos más sofisticados son esenciales para proteger sus cerebros . Cuanto más entendemos sobre estos mecanismos, más podremos ayudar a los bebés prematuros a convertirse en adolescentes y adultos con la capacidad de vivir una vida funcional», asegura.