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Modelado de lesiones cerebrales celulares
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Modelado de lesiones cerebrales celulares

Bajo presión: nueva tecnología para modelar lesiones celulares inducidas por presión en el cerebro.

Cientos de miles de pacientes, desde recién nacidos hasta ancianos, se ven obligados a lidiar con la devastación de la lesión cerebral cada año y, a diferencia de muchas enfermedades en las que se protegen ciertos datos demográficos, cualquier persona puede sufrir una lesión cerebral en cualquier momento y en cualquier lugar. La presión intracraneal elevada (PIC), que es un subproducto del cráneo rígido en el que reside el cerebro, es la causa principal de la lesión inicial. El alto ICP a su vez causa lesiones celulares en el cerebro y déficits neurológicos adicionales más allá de los asociados con el insulto inicial. Aunque se han realizado investigaciones importantes sobre las lesiones cerebrales, la mayoría se centra en los resultados del paciente después del insulto primario y no explora las lesiones celulares secundarias causadas por la elevación persistente de la PIC o los mecanismos subyacentes. Como resultado, se sabe poco sobre esos mecanismos.

Investigadores de la Universidad Médica de Carolina del Sur (MUSC) desarrollaron un modelo ex vivo de lesión celular inducida por ICP que los datos preliminares sugieren podría ser una herramienta útil para comprender los mecanismos tempranos de lesión celular e identificar biomarcadores asociados con la presión patológica en lesiones cerebrales múltiples etiologías. Informan sus hallazgos en un artículo publicado en línea el 6 de octubre de 2017 por el Journal of Neuroscience Methods.

"La novedad de este modelo es que hay muy pocos ejemplos en la literatura donde las personas hayan podido presionar a las células para ver los efectos", dice Michael E. Smith, Ph.D., profesor asistente de neurocirugía en el MUSC. Facultad de Medicina y primer autor del artículo. "En pacientes con lesión cerebral, el insulto inicial ya se ha producido y el médico solo puede hacer tanto para abordar ese daño. Abordar los efectos secundarios inducidos por la PIC podría ayudar a minimizar los déficits neurológicos que sufre el paciente. Estamos interesados ​​en modelar el PIC -inducida lesión celular secundaria para facilitar el desarrollo de tales terapias ".

El sistema, ideado por Smith y Ramin Eskandari, M.D., director de neurocirugía pediátrica en MUSC Children's Health y autor principal del artículo, está compuesto por cámaras acrílicas separadas dentro de una incubadora de cultivo celular bajo una presión regulable y ajustable. La originalidad de este sistema ex vivo es la capacidad de exponer una matriz tridimensional de células cerebrales a periodos prolongados de condiciones de presión sostenida y pulsátil a la vez que tiene un control completo sobre todos los demás parámetros del sistema de cultivo celular. Esto permite evaluaciones sistemáticas y reproducibles de los efectos de la presión a nivel celular.

Para probar experimentalmente este sistema, Smith y Eskandari sometieron astrocitos o neuronas incrustadas en hidrogeles 3D a una presión de 30 cm H2O (22 mm Hg), que se considera presión patológica, durante varios períodos de tiempo de un par de horas a un par de dias. Se midió la liberación de trifosfato de adenosina (ATP), que indica el estrés celular y la susceptibilidad al daño, así como la viabilidad de las diversas células una vez que se eliminaron de la presión.

Bajo exposición a presión sostenida, la liberación de ATP fue significativamente mayor en las neuronas en comparación con los controles a las 18 horas de exposición, mientras que se observó un pequeño efecto en los astrocitos. De manera similar, los datos iniciales demuestran que las neuronas son más susceptibles a la presión y, después de un par de días de exposición a la presión, tienen una disminución retrasada pero dramática en la viabilidad incluso cuando la presión se normaliza. Este nuevo modelo de ICP elevada inició con éxito el estrés celular y lo hizo de una manera específica de la célula.

El modelo, desarrollado para estudiar la hidrocefalia pediátrica, podría ser útil para dilucidar los mecanismos que son relevantes para otros tipos de lesiones cerebrales, incluidos los tumores cerebrales, los accidentes cerebrovasculares, el hematoma subdural y la lesión cerebral traumática.

"La capacidad de detener los efectos perjudiciales aguas abajo de las enfermedades de lesión cerebral permitirá a los médicos alterar el proceso de recuperación en algunas de las enfermedades más devastadoras que sufren los humanos", dice Eskandari. "Desarrollar esa capacidad comienza con un sistema modelo que es confiable y reproducible y puede modificarse fácilmente para estudiar muchas enfermedades diferentes. Creemos que hemos creado un modelo así y estamos ansiosos por finalmente demostrar nuestros resultados".


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