En el presente artículo vamos a hablar de las nuevas células descubiertas en el cerebro. Este hito podría ser tan importante como cuando Santiago Ramón y Cajal descubrió la neurona o Pío del Río Hortega la microglía. Ambos momentos fueron un antes y un después en la neurociencia, suponiendo revoluciones en este área de la ciencia. No obstante, estos nuevos astrocitos descritos por Andrea Volterra, ¿lo son? Lo descubrimos en las próximas líneas.

Describiendo el sistema nervioso

En el contexto del sistema nervioso tenemos que recordar que tenemos un tejido especializado que se encarga de procesar, almacenar y transmitir información mediante unos grupos celulares llamados neuronas y células de la glía, al menos para muchos de los animales. Por otra parte, tenemos que recordar que el sistema nervioso se puede dividir en el sistema nervioso central (SNC) y en el sistema nervioso periférico (SNP). Estos dos se componen de elementos distintos en cuanto a las células que los conforman.

Describiendo los tipos celulares cerebrales

Dentro del SNC y el SNP las células no son las mismas, recordemos en este listado cuáles son:

• SNC: compuesto de neuronas y células de la glía (astrocitos, glía interlaminar, oligodendrocitos, microglía y células ependimarias).
• SNP: compuesto de neuronas y células de la glía (células de Schwann, células capsulares y células de Müller).

Nos centraremos para la noticia que ha salido este mes, en dos tipos celulares que se encuentran en el SNC, las neuronas y las células gliales, centrándonos en estas últimas en los astrocitos.

1. La neurona

La neurona es una célula que forma parte del sistema nervioso, cuya función principal es la de recibir, procesar y transmitir la información a otra neurona, generándose circuitos de información que regulan y dirigen las funciones vitales de muchos organismos vivos. Entre ellas, las neuronas se conectan y comunican mediante sinapsis, estas también las utilizan para comunicarse con otros tipos celulares: fibras musculares, células de la glía, etc. Este tipo celular se descubrió gracias a Santiago Ramon y Cajal quien las observo por primera vez en 1877. Sin embargo, en 1906, Cajal y Golgi recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, siendo Cajal el primer científico español laureado con esta distinción. No obstante, hasta 1950 no se consideraría científicamente demostrado, todo lo que Cajal ya observaba muchos años antes.

Como nota curiosa el proceso de generación de las nuevas neuronas en el cerebro, la neurogénesis no fue descubierta hasta la última parte del siglo XX, y estamos empezando el siglo XXI, por lo que no debería sorprendernos que una ciencia tan joven como lo es la neurociencia tenga nuevos descubrimientos en este año y en los venideros.

2. Las células gliales

Las células gliales o neuroglia son las células del sistema nervioso que se encuentran dando las funciones auxiliares y complementarias a las neuronas. Entre su muchas funciones están las de constituir una matriz interneural en la que hay una gran variedad de células estrelladas y fusiformes, diferenciadas de las neuronas principalmente por no formar contactos sinápticos, debido a que sus membranas contienen canales iónicos y receptores capaces de percibir cambios ambientales. Transmiten señales, pero no generan potenciales de acción, como las neuronas.

Las células gliales tienen la función de dar soporte a las neuronas, ayudan activamente en el procesamiento cerebral especialmente manteniendo el equilibrio iónico, los niveles de neurotransmisores en la sinapsis y el suministro de las citoquinas (componentes del sistema inmune) y otros factores de crecimiento.

El equilibrio entre las neuronas y las células gliales varía mucho según la especie, por ejemplo, aproximadamente 10:1 en la mosca doméstica, 1:1 en el cocodrilo y 1:10-50 en el ser humano.

Astrocitos, células gliales especiales

Todas las células gliales son importantes, pero en este articulo y en la noticia que queremos comentar al final, los protagonistas son estas células gliales denominados como astrocitos, así que vamos a repasar que sabíamos de ellos hasta ahora.

Los astrocitos son las principales y más numerosas células gliales, especialmente cuanto más complejo es el organismo. Se encargan de realizar numerosas funciones, como dirigir la migración de precursores durante el desarrollo (glía radial) y se originan en las primeras etapas del desarrollo del SNC. La cantidad y densidad de estas células se relacionan directamente con la memoria, la plasticidad cerebral (produciendo fagocitosis, potenciando redes neuronales, etc) y la inteligencia.

Funciones de los astrocitos

Los astrocitos están directamente asociados tanto a las neuronas como al resto del organismo. Además, son los que se encargan de aspectos básicos para el mantenimiento de la función neuronal, entrelazándose alrededor de la neurona para formar una red de sostén, y actuando, así como una barrera filtradora entre la sangre y la neurona, la conocida barrera hematoencefálica.

La barrera hematoencefálica (descubierta por Paul Ehrlich en 1885, probada en 1960) es la que controla que en algunas regiones especializadas de alta conductancia se dé el paso de nutrientes, oxígeno, vitaminas y hormonas en el intercambio del SNC con el resto del cuerpo. Para ello, los astrocitos tienen unas prolongaciones estrelladas que conectan con los vasos sanguíneos mediante una estructura llamada podocitos y con la neurona siendo el puente que les conecta. Los astrocitos se interconectan con los podocitos creando una red en sincitio (citoplasma compartido), que hace que funcionen con redes sincronizadas y sumamente rápidas.

Otra función interesante es que los astrocitos expresan en su membrana un gran número de receptores de distintos neurotransmisores. Estos neurotransmisores que se activan y liberan desde las neuronas activan a los astrocitos generando un aumento de calcio intracelular. Gracias a ello, pueden responder a distintos neurotransmisores: glutamato, GABA, acetilcolina, noradrenalina u óxido nítrico que se libera de las neuronas.

En efecto, los astrocitos pueden liberar estos mismos neurotransmisores. Esto se debe a que la transmisión de señales eléctricas en los astrocitos se da gracias a la molécula mensajera IP3 y el calcio. La IP3 activa los canales de calcio en los orgánulos celulares, liberándolo en el citoplasma del astrocito. Los iones de calcio estimulan la producción de más IP3 y el efecto neto es una onda eléctrica que se propaga de astrocito a astrocito. A nivel extracelular es la liberación de ATP lo que se ve como consecuencia y lo que genera la comunicación entre estos astrocitos. Implicado todo esto en la memoria a corto y largo plazo, lo que también, se conoce como la plasticidad cerebral, así como en la transmisión más rápida de la información que generan las neuronas.

En efecto a esto, aparece un caso que es la sinapsis tripartita se ha observado que, en la conexión entre neuronas y astrocitos, los neurotransmisores liberados por las terminales sinápticas pueden activar los receptores que tienen los astrocitos en su membrana, desencadenándose una señal de calcio, la cual puede dar como respuesta celular. Entre esas respuestas, una es la liberación de gliotransmisores. Hasta este punto se consideraban pasivos, siendo este descubrimiento hecho a principios de este siglo, observándose que un único astrocito puede conectar con 2 millones de sinapsis. No obstante con la noticia que luego detallamos quizás haya que revisar este concepto.

Como anotación histórica fue Santiago Ramón y Cajal quien también identifico a los astrocitos, identificándoles una función fisiológica neuronal, en el año 1880. Aunque, no se demostró hasta 1950 empíricamente, como en el caso de la neurona.

Tipos de astrocitos descritos hasta la fecha

Se pueden distinguir tres clases principales de astrocitos:

• Astrocitos protoplasmáticos: se encuentran principalmente en la sustancia gris, y poseen prolongaciones de formas muy variables.
• Astrocitos fibrosos: en sus prolongaciones existe una gran cantidad de fibrillas o gliofibrillas. Se encuentran, sobre todo, en la sustancia blanca. Se distinguen fácilmente al tener prolongaciones más largas y menos ramificadas que los astrocitos protoplasmáticos.
• Astrocitos radiales: durante el neurodesarrollo, sus prolongaciones conectan la base ventricular con la piamadre, una capa protectora del cerebro, para conectar con las zonas más radiales de este órgano. Cabe destacar, que son recaptadores y transportadores de glutamato.
  
  Esta clasificación puede que cambie también, ante los últimos descubrimientos.

Lo último conocido de los astrocitos

En la actualidad, se sabe que desempeñan una importante función en varios aspectos del desarrollo, metabolismo y patología del sistema nervioso: son esenciales en el soporte trófico y metabólico de las neuronas, la supervivencia, la diferenciación y guía neuronal, la génesis de las sinapsis, potenciadores de sinapsis, recaptación de neurotransmisores y la homeostasis cerebral.

Cuando existe destrucción neuronal, están también para facilitar la regeneración de las conexiones neuronales. Actualidad, que se deberá actualizar con la próxima noticia o estudio de Septiembre del 2023.

Una noticia que cambia la neurociencia

El articulo que ha publicado Andrea Volterra, habla de un descubrimiento único, ya que dice haber encontrado un nuevo tipo celular en el ser humano. Nada más y nada menos que en el cerebro. Según se ha descrito además esta célula en parte ya la conocemos son los astrocitos, pero estos son diferentes ya que son astrocitos glutamatérgicos, que podrían estar implicados en trastornos neurodegenerativos, memoria, etc.

Como comentaba al principio, Santiago Ramon y Cajal, conocido como el padre de la neurociencia y quien estudio las neuronas y los astrocitos, como ya hemos comentado en primer lugar. Pues, ahora un gran admirador suyo y el neurocientífico italiano Andrea Volterra que había relatado durante años la historia de Cajal a sus alumnos de la Universidad de Lausana (Suiza), tendrá que añadirse él a la historia de la neurociencia, tras este nuevo descubrimiento.

El cerebro humano se estima que se compone de aproximadamente 86.000 millones de neuronas, con billones de puntos de comunicación entre ellas. Como hemos comentado antes de Cajal y la comunidad científica creían que el cerebro era una masa difusa de células conectadas físicamente entre sí.

Las células de la glía, los astrocitos, que también observó Cajal, que se conectaban con las neuronas que se comunicaban con el glutamato, una molécula compuesta por cinco átomos de carbono, nueve de hidrógeno, uno de nitrógeno y cuatro de oxígeno: C₅H₉NO₄. Esto fue el principio de la comprensión de nuestro cerebro y sus componentes, que ya hemos comentado.

¿Cuál es la revolución?

La revolución de encontrar un nuevo tipo celular en un órgano como el cerebro tan poco conocido, es sin duda un hito. Volterra y sus colaboradores han detectado un nuevo tipo de célula que no pertenece ni a la categoría canónica de neurona ni a la de astrocito. Esto se debe a las propia palabras del autor que las define como “células híbridas”. Nunca antes se había hablado de algo similar, por ello, se cree que es un descubrimiento trascendental y revolucionario en neurociencia.

Volterra los ha denominado “astrocitos glutamatérgicos” a este nuevo tipo de células, explicando que es una subpoblación de astrocitos que poseen parte de la maquinaria molecular de las neuronas para liberar glutamato. Algunas de sus propiedades como híbridas, es que, la información entre neuronas es rápida, del orden de unos pocos milisegundos, hasta las decenas de milisegundos si se da entre varias neuronas en cadena (polisinapsis). En cambio, los astrocitos pueden llegar a tardar del orden de segundos en transmitir información. Esta subpoblación mostró respuestas por debajo del segundo, lo que la acerca a los órdenes de magnitud de las respuestas polisinápticas de las neuronas, aunque sin llegar del todo a ellas.

Andrea Volterra considera que su descubrimiento “sacude los cimientos de la neurociencia”, ya que cuestiona el conocimiento actual sobre cómo funciona el cerebro y cómo se desarrollan muchos trastornos o enfermedades. Siendo algo tan crucial, evidentemente este estudio salió en Nature y muestra que los astrocitos glutamatérgicos se concentran en regiones del cerebro implicadas en la memoria, por ejemplo, el hipocampo un área muy estudiada en diversas enfermedades neurodegenerativas actuales.

El equipo también ha observado que estos astrocitos glutamatérgicos desempeñan un papel en un circuito que controla los movimientos y está alterado en el Parkinson: la vía nigroestriada de la dopamina. Pudiendo, según como avancen las investigaciones centrarse en la esclerosis múltiple o lateral amiotrófica.

Conclusiones

Primero que nada, la noticia es todo un avance, poder abrir nuevos conocimientos y nuevas vías en la rama de la neurociencia, las investigaciones en neurociencia y en enfermedades neurodegenerativas siempre es positivo. No obstante, como todas las nuevas cosas hay que tomarlas con cautela, y como hemos ido comentando seguramente no os parezca tan nuevo. Pues ya había hipótesis, pero la refutación o muestra empírica es la verdadera noticia.

Segundo, como nota comentaros que el investigador que observó por primera vez que los astrocitos están involucrados en procesos de información superior fue otro español, Alfonso Araque, actualmente en la Universidad de Minnesota (Estados Unidos), quien observo esto en 1999, pues fue él quien postuló el concepto de “sinapsis tripartita”, en el que los astrocitos también tienen un papel fundamental. Marta Navarrete, discípula de Araque, recuerda que todavía hay resistencias a este planteamiento. “La idea de que hay tipos de astrocitos especializados en determinadas funciones no está aceptada en la comunidad científica. No se termina de aceptar que pueda haber más células [además de las neuronas] que estén muy involucradas en el procesamiento de información”, lamenta.

Finalmente, es importante destacar que el nuevo descubrimiento del equipo de Andrea Volterra añade todavía más complejidad al inconcebible cerebro humano y a la neurociencia, pero como dicen cada paso que se camina nos ayuda a ver que tenemos por delante, y más en ciencia.

Artículo editado por Equipo de Microbacterium

Bibliografía

1. Cayre, Myriam; Jordane Malaterre, Sophie Scotto-Lomassese, Colette Strambi and Alain Strambi. «The common properties of neurogenesis in the adult brain: from invertebrates to vertebrates.» Archivado el 15 de junio de 2010 en Wayback Machine. Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. Vol. 132, Issue 1, mayo de 2002, pp. 1-15.
2. Paniagua, R.; Nistal, M.; Sesma, P.; Álvarez-Uría, M.; Fraile, B.; Anadón, R. y José Sáez, F. (2002). Citología e histología vegetal y animal. McGraw-Hill Interamericana de España, S.A.U. ISBN 84-486-0436-9.
3.  Taleisnik, Samuel (2010). «1». En Encuentro, ed. Neuronas: desarrollo, lesiones y regeneración. Argentina. p. 6. ISBN 978-987-1432-52-3.
4. Cf. Dale Purves et alii, Neurociencia, Panamericana, Madrid, 2008, pág. 9.
5. Taleisnik, Samuel (2010). «1». Neuronas: desarrollo, lesiones y regeneración. Argentina: Encuentro. p. 8. ISBN 978-987-1432-52-3.
6. Juan Pérez, Diego y Manuel Nieto Sampedro, «Glía reactiva», Mente y Cerebro, 32, 2008, págs. 78-87.
7. Perea, Gertrudis y Alfonso Araque, «Sinapsis tripartita», Mente y cerebro, 27, 2007, págs. 50-55.
8. Astrocitos información básica y actual. Extraída de: https://mmegias.webs.uvigo.es/8-tipos-celulares/astrocito.php#:~:text=Los%20astrocitos%20son%20c%C3%A9lulas,m%C3%A1s%20abundante%20en%20los%20mam%C3%ADferos.
9. Astrocitos y sinaptogénesis. Extraída de: https://www.uma.es/estudios/centros/Ciencias/publicaciones/encuentros/encuentros92/astrocitos.htm
10. Las funciones de los astrocitos. Extraída de: https://uvadoc.uva.es/bitstream/handle/10324/18769/TFG-M-M590.pdf?sequence=1
11. Astrocitos con interacción con el glutamato. Extraída de: https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-47052004000100008
12. Enlace de la noticia en el País. https://elpais.com/ciencia/2023-09-06/descubierto-un-nuevo-tipo-de-celula-en-el-cerebro-humano.html
13. Enlace de la noticia en El confidencial. https://www.elconfidencial.com/tecnologia/2023-09-06/astrocito-glutamatergico-celula-cerebro-humano_3730485/
14. Enlace de la noticia en En Nature. De Ceglia R, Ledonne A, Litvin DG, et al.Nature. 2023 Sep 6. doi: 10.1038/s41586-023-06502-w.
15. Enlace de la noticia en Neurología. https://neurologia.com/noticia/9295/detectado-un-nuevo-tipo-de-celula-cerebral-que-podria-revolucionar-la-neurologia
16. Enlace articulo original. https://www.nature.com/articles/nrn1722