Técnicas computacionales para entender la epilepsia

Alumno de doctorado de Fisiología Celular analiza en modelos animales cómo ocurren las crisis de esa enfermedad

Un estudiante de doctorado del Instituto de Fisiología Celular (IFC) busca entender cómo es el comportamiento neuronal de quienes sufren convulsiones causadas por la epilepsia. Para lograrlo, utiliza modelos de ratones en los que implementa técnicas computacionales para comprender el mecanismo básico que ocurre en el cerebro durante la enfermedad.

Para conocer el funcionamiento de las neuronas de quienes padecen crisis epilépticas, Miguel Serrano Reyes, alumno del investigador José Bargas Díaz, ambos del IFC, analiza tejido cerebral de un modelo de ratón.

En particular, examina en los modelos animales cómo ocurren las crisis epileptiformes interictales (IEDs, por sus siglas en inglés), un tipo de descargas eléctricas que suceden antes o entre las crisis epilépticas, con el objetivo de mejorar los tratamientos para ese mal.

Se calcula que en México hay alrededor de dos millones de personas con epilepsia, enfermedad que se caracteriza por episodios breves, no voluntarios, en los que la actividad cerebral se descontrola y que pueden generar convulsiones localizadas en una o más partes del cerebro.

Aunque hay medicamentos que ayudan a controlarla, todavía se desconocen los mecanismos que intervienen en el desarrollo del padecimiento. Esto sirvió como motivante de la tesis doctoral de Serrano Reyes, quien bajo la supervisión del investigador Bargas Díaz analizó el papel del neurotransmisor inhibidor del sistema nervioso central GABA en el origen de las crisis convulsivas.

Aunque hay medicamentos que ayudan a controlarla, todavía se desconocen los mecanismos que intervienen en el desarrollo del padecimiento.

Papel de GABA

Los resultados del estudio se publicaron en la revista Neuroscience, y demuestran que el bloqueo farmacológico de la transmisión de GABA genera periodos de descargas epileptiformes interictales.

Para conocer el papel de este neurotransmisor en las IEDs, que aparecen antes o entre cada crisis epiléptica, Serrano y sus colegas midieron in vitro la actividad neuronal de la corteza motora de ratones transgénicos donde identificaron distintos tipos neuronales. Examinaron la actividad de la corteza motora en reposo (cuando no había un estímulo) y durante las IEDs.

Los científicos encontraron que, en reposo, las neuronas actúan de manera funcionalmente estructurada, se agrupan en ensambles neuronales y presentan secuencias espacio-temporales de forma espontánea. No obstante, si se bloquea a GABA (principal neurotransmisor inhibidor) el agrupamiento se destruye y se transforma en un macroensamble recurrente que puede desencadenar en una crisis convulsiva.

Durante el procedimiento, Serrano Reyes y su grupo cambiaron la transmisión GABAérgica con químicos que inducen eventos parecidos a los IEDs, y con técnicas de imagenología pudieron visualizar y registrar de manera simultánea neuronas con resolución de una sola célula. Además, grabaron células individuales, lo que posibilitó una observación matemática de lo ocurrido durante las IEDs.

Las redes neuronales que se obtuvieron experimentalmente permitieron visualizar alrededor de 70 neuronas de manera simultánea. Los datos se analizaron usando la teoría de grafos (que se emplea para predecir comportamiento). Los grafos han permitido modelar un sistema dinámico (aquellos que se van transformando en el tiempo) de una manera muy sencilla. En este caso los nodos representan a las neuronas de la corteza motora y los enlaces son conexiones funcionales que hay entre ellas. Las interacciones de las neuronas a su vez forman diferentes grupos que van interactuando entre sí a lo largo del tiempo.

Serrano Reyes explicó que cuando se bloquea la transmisión de GABA, los conjuntos neuronales empiezan a moverse hacia un nuevo agrupamiento que se va repitiendo. Este nuevo grupo presenta las características de las IEDs.

La preparación experimental usada ofrece una gran oportunidad para utilizarse como bioensayos de distintos fármacos usados comúnmente en el tratamiento de la epilepsia.

Con la implementación de este tipo de algoritmos se espera que el modelo se pueda estandarizar a otros padecimientos motores como el párkinson y la Enfermedad de Huntington, lo que permitiría en un futuro un mayor entendimiento de la actividad neuronal.

A raíz de estos resultados, Serrano Reyes espera poder probar diferentes tipos de modelos in vitro que asemejan la epilepsia, para estudiar también la transición que hay de las crisis interictales a través de las crisis que ocurren antes y hacia el momento de la convulsión epiléptica.

(Con información de Gaceta UNAM)