La resonancia magnética muestra inflamación cerebral in vivo por primera vez

La investigación de la Dra. Silvia de Santis y el Dr. Santiago Canals, ambos del Instituto de Neurociencias UMH-CSIC (Alicante, España), ha permitido visualizar por primera vez y con gran detalle la inflamación cerebral mediante Resonancia Magnética de difusión ponderada Imágenes. Esta «radiografía» detallada de la inflamación no se puede obtener con una resonancia magnética convencional, sino que requiere secuencias de adquisición de datos y modelos matemáticos especiales. Una vez desarrollado el método, los investigadores pudieron cuantificar las alteraciones en la morfología de las diferentes poblaciones celulares involucradas en el proceso inflamatorio en el cerebro.

Una estrategia innovadora desarrollada por los investigadores ha hecho posible este importante avance, que se publica hoy en la revista Avances de la ciencia y que pueden ser cruciales para cambiar el rumbo del estudio y tratamiento de las enfermedades neurodegenerativas.

La investigación demuestra que la resonancia magnética ponderada por difusión puede detectar de forma no invasiva y diferencial la activación de la microglía y los astrocitos, dos tipos de células cerebrales que se encuentran en la base de la neuroinflamación y su progresión.

Las enfermedades cerebrales degenerativas como el Alzheimer y otras demencias, el Parkinson o la esclerosis múltiple son un problema apremiante y difícil de abordar. La activación sostenida de dos tipos de células cerebrales, la microglía y los astrocitos, conduce a una inflamación crónica en el cerebro que es una de las causas de la neurodegeneración y contribuye a su progresión.

Sin embargo, faltan enfoques no invasivos capaces de caracterizar específicamente la inflamación cerebral in vivo. El estándar de oro actual es la tomografía por emisión de positrones (PET), pero es difícil de generalizar y está asociada a la exposición a radiaciones ionizantes, por lo que su uso está limitado en poblaciones vulnerables y en estudios longitudinales, que requieren el uso de PET repetidamente durante un período de años, como es el caso de las enfermedades neurodegenerativas.

Otro inconveniente de la PET es su baja resolución espacial, lo que la hace inadecuada para la imagen de estructuras pequeñas, con el inconveniente añadido de que los radiotrazadores específicos de inflamación se expresan en múltiples tipos de células (microglía, astrocitos y endotelio), por lo que es imposible diferenciarlas.

Ante estos inconvenientes, la resonancia magnética ponderada por difusión tiene la capacidad única de obtener imágenes de la microestructura cerebral in vivo de forma no invasiva y con alta resolución al capturar el movimiento aleatorio de las moléculas de agua en el parénquima cerebral para generar contraste en las imágenes de resonancia magnética.

estrategia innovadora

En este estudio, investigadores del Instituto de Neurociencias UMH-CSIC han desarrollado una estrategia innovadora que permite obtener imágenes de la activación de microgliales y astrocitos en la materia gris del cerebro mediante imágenes de resonancia magnética ponderada por difusión (dw-MRI).

«Esta es la primera vez que se demuestra que la señal de este tipo de resonancia magnética (dw-MRI) puede detectar la activación de microgliales y astrocitos, con huellas específicas para cada población celular. Esta estrategia que hemos utilizado refleja los cambios morfológicos validados post- mortem por inmunohistoquímica cuantitativa», señalan los investigadores.

También han demostrado que esta técnica es sensible y específica para detectar inflamación con y sin neurodegeneración, por lo que se pueden diferenciar ambas condiciones. Además, permite discriminar entre la inflamación y la desmielinización propias de la esclerosis múltiple.

Silvia de Santis dice que este trabajo también demuestra el valor traslacional del enfoque utilizado en una cohorte de humanos sanos en alta resolución «en la que realizamos un análisis de reproducibilidad. La asociación significativa con patrones de densidad de microglía conocidos en el cerebro humano respalda la utilidad de la método para generar biomarcadores de glía fiables. Creemos que la caracterización, mediante esta técnica, de aspectos relevantes de la microestructura tisular durante la inflamación, de forma no invasiva y longitudinal, puede tener un gran impacto en nuestra comprensión de la fisiopatología de muchas enfermedades cerebrales y puede transformar la práctica diagnóstica actual y estrategias de seguimiento del tratamiento para enfermedades neurodegenerativas».

Para validar el modelo, los investigadores utilizaron un paradigma establecido de inflamación en ratas basado en la administración intracerebral de lipopolisacárido (LPS). En este paradigma, se preserva la viabilidad y la morfología neuronal, mientras se induce, primero, una activación de la microglía (las células del sistema inmunitario del cerebro) y, de manera retardada, una respuesta de los astrocitos. Esta secuencia temporal de eventos celulares permite que las respuestas gliales se disocien transitoriamente de la degeneración neuronal y la firma de la microglía reactiva se investigue independientemente de la astrogliosis.

Para aislar la huella de la activación de los astrocitos, los investigadores repitieron el experimento pretratando a los animales con un inhibidor que elimina temporalmente alrededor del 90% de la microglía. Posteriormente, utilizando un paradigma establecido de daño neuronal, probaron si el modelo podía desentrañar «huellas» neuroinflamatorias con y sin neurodegeneración concomitante. «Esto es fundamental para demostrar la utilidad de nuestro enfoque como plataforma para el descubrimiento de biomarcadores del estado inflamatorio en enfermedades neurodegenerativas, donde tanto la activación de la glía como el daño neuronal son actores clave», escriben.

Finalmente, los investigadores utilizaron un paradigma establecido de desmielinización, basado en la administración focal de lisolecitina, para demostrar que los biomarcadores desarrollados no reflejan las alteraciones tisulares que se encuentran con frecuencia en los trastornos cerebrales.

Proporcionado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)