Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Escáneres Cerebrales

Tuesday, March 23, 2004

 

Una nueva bomba implantable que libera marcadores moleculares permite a los científicos obtener imágenes del cerebro de animales en movimiento, revelando de ese modo las regiones activadas del cerebro en respuesta a tareas específicas. Se muestra aquí en rojo y amarillo las regiones activadas de la corteza, subcorteza y la línea media del cerebelo de una rata que está caminando en una cinta. Imagen ofrecida por Peter Nguyen, Universidad del Sur de California.

Una nueva bomba implantable que libera marcadores moleculares permite a los científicos obtener imágenes del cerebro de animales en movimiento, revelando de ese modo las regiones activadas del cerebro en respuesta a tareas específicas. Se muestra aquí en rojo y amarillo las regiones activadas de la corteza, subcorteza y la línea media del cerebelo de una rata que está caminando en una cinta. Imagen ofrecida por Peter Nguyen, Universidad del Sur de California.

Figurar las funciones cerebrales que están detrás del comportamiento humano ha sido en cierta medida como tratar de entender el interior de un proyector de películas en base a las fotografías que ve en una pantalla. Teóricamente, con las nuevas tecnologías como las que permiten la obtención de neuroimágenes funcionales, los científicos pueden monitorear la activación del cerebro en animales y humanos durante una variedad de actividades y conductas complejas. Pero estos estudios con frecuencia, son todavía limitados, ya que los sujetos deben estar normalmente inmovilizados para que el equipo de obtención de imágenes consiga una vista clara de las regiones activadas del cerebro. Como consecuencia, las evaluaciones pueden limitarse a tan sólo a algunas sencillas conductas.

Ahora, un grupo de científicos dirigidos por el Dr. Daniel P. Holschneider, un profesor asociado del departamento de psiquiatría de la Universidad del Sur de California, ha diseñado un dispositivo único que podría promover mucho los estudios cerebrales en animales. Los investigadores, financiados por el NIBIB y la Fundación Whitaker, desarrollaron un dispositivo implantable en miniatura?llamado bomba de infusión de microbolo?que libera marcadores moleculares radioactivos en el torrente sanguíneo por control remoto. Inmediatamente antes de que un animal empiece la actividad en estudio (como correr o comer), los científicos activan la bomba para que libere los marcadores moleculares, que a continuación se transportan a través de la sangre que fluye al cerebro. Los científicos utilizan luego una técnica llamada autoradiografía para detectar la distribución de los marcadores moleculares, revelando así las regiones del cerebro con mayor flujo de sangre?un signo de activación cerebral.

Los investigadores probaron la bomba implantándola en ratas y colocando los animales en una cinta para caminar. Al compararlo con animales de control que escuchaban los sonidos de la cinta para caminar pero no caminaban, las ratas que estaban en la cinta para caminar tenían una mayor activación cerebral de los circuitos motores y las regiones corticales conocidas por controlar las extremidades anteriores, posteriores y el tronco.

El Dr. Holschneider y sus colegas están trabajando actualmente para mejorar la versatilidad de la bomba y están desarrollando una bomba todavía más pequeña que pueda implantarse en ratones. Los investigadores también están explorando cómo podría utilizarse la bomba para marcar las regiones activadas del cerebro antes de realizar escáneres no invasivos con tecnologías avanzadas de obtención de imágenes, como la tomografía por emisión de positrones (PET por sus siglas en inglés). Si se compara con la autoradiografía, la PET puede utilizarse repetidamente para estudiar un único animal, lo que permite que el sujeto sea examinado como su propio control así como también en diferentes situaciones de conducta. En algunos estudios convencionales de PET con animales en movimiento, los científicos administran moléculas de azúcar marcadas radioactivamente, que las células cerebrales activadas consumen y utilizan como combustible. Pero el azúcar marcado radioactivamente presenta un inconveniente en los estudios de neuroimágenes sobre la conducta. El intervalo de tiempo desde la administración hasta la captación y captura del azúcar marcado por parte de las células cerebrales es aproximadamente de 25 a 45 minutos, mientras que muchas conductas, como las conductas agresivas, son más cortas.

El desafío actual del Dr. Holschneider es administrar marcadores radioactivos que sean capturados por las células del cerebro en un intervalo de tiempo más corto, durante las ráfagas breves de actividad, y que permanezcan en el cerebro el suficiente tiempo para que el animal sea anestesiado y sometido a un escáner por PET para su análisis. La molécula radioactiva también debe tener una vida lo suficientemente corta, de forma que la señal pueda desaparecer del cuerpo y pueda utilizarse posteriormente al animal en un experimento de control. El Dr. Holschneider ha identificado varios compuestos que parecen tener estas propiedades, pero se necesita realizar más estudios para confirmar su utilidad.

Con estas tecnologías avanzadas disponibles, el Dr. Holschneider planea investigar modelos animales de trastornos psiquiátricos humanos. Un objetivo es estudiar en ratones deficientes en la enzima monoaminoxidasa A (MAO-A), un objetivo de algunos antidepresivos. "Esta enzima es bien conocida por jugar un importante papel en el metabolismo de los neurotransmisores," dice el doctor.

Referencias

Holschneider DP, Maarek JM, Yang J, Harimoto J, Scremin OU: Functional brain mapping in freely moving rats during treadmill walking. J Cereb Blood Flow Metab 23:925-932, 2003.

Holschneider DP, Maarek JM, Yang J, Harimoto J, Scremin OU: Activation of cerebral cortex during acoustic challenge or acute footshock in freely moving, nontethered rats. Neurosci Letters 354:74-78, 2004.