Hacia una medicina regenerativa mejorada para curar la epilepsia
La epilepsia del lóbulo temporal (ELT) es la forma más común de epilepsia y, al mismo tiempo, la que presenta una peor respuesta al tratamiento. Los pacientes exhiben un patrón típico de daño cerebral progresivo que afecta los procesos cognitivos y emocionales. El proyecto Re.B.Us, financiado con fondos europeos al amparo del programa Horizonte 2020, trabajó para sentar las bases de métodos biohíbridos dirigidos a inducir la autocuración del cerebro disfuncional. Tal y como explica la investigadora, la doctora Gabriella Panuccio: «Nuestro objetivo era lograr la prueba de concepto de que el cerebro enfermo puede curarse mediante un método biohíbrido, que combina herramientas de la biología y la ingeniería». Patrones de actividad eléctrica en la ELT Los investigadores utilizaron un modelo «in vitro» de ELT basado en cortes histológicos del cerebro de roedores, que incluyen las regiones principales del cerebro relacionadas con la ELT, tratadas farmacológicamente para inducir los patrones de actividad eléctrica típicos observados en pacientes con este tipo de epilepsia. Para modular estos patrones, se combinaron herramientas de electrofisiología basadas en matrices de microelectrodos y técnicas de ingeniería y, a través de puentes electrónicos, se restableció la comunicación fisiológica entre las regiones cerebrales afectadas. «El objetivo principal del diseño experimental se centró en estudiar la señal generada por el hipocampo, que puede prevenir las convulsiones iniciadas por el córtex, aunque en la ELT está alterada», señala la doctora Panuccio. Restablecimiento de la comunicación entre el córtex y el hipocampo Los investigadores lograron rectificar la propensión a padecer convulsiones motoras mediadas por el córtex reemplazando primero la señal ausente del hipocampo con un patrón de estimulación eléctrica indirecto, que imita la dinámica temporal de la actividad del hipocampo. Posteriormente, utilizaron un puente eléctrico unidireccional para restablecer la comunicación funcional entre el córtex y el hipocampo. Finalmente, emplearon un corte histológico del hipocampo como un «injerto» de tejido para reemplazar el hipocampo del corte histológico del córtex «huésped» a fin de controlar la actividad convulsiva en este último. «Esto constituye el objetivo último de Re.B.Us y estos experimentos pioneros anuncian la viabilidad del método biohíbrido propuesto por el proyecto», recalca la doctora Panuccio. Ingeniosa modulación eléctrica Durante la última actividad del proyecto, los investigadores de Re.B.Us establecieron un puente electrónico bidireccional entre dos cortes histológicos cerebrales diferentes, uno actuaba como el injerto de hipocampo «sano» y el otro como el córtex huésped «enfermo». Los eventos patológicos detectados en el córtex activaron la estimulación eléctrica del hipocampo que, a su vez, provocó la detección de actividad en el hipocampo y la estimulación eléctrica en el córtex. El «software» de control desarrollado se refinó con esmero para lograr el protocolo de estimulación óptima centrado en vincular recíprocamente el injerto y los tejidos del huésped a fin de reducir significativamente la actividad convulsiva. En los reinos de lo desconocido: ingeniería neuromórfica e inteligencia artificial Siguiendo el paradigma «in vitro» simplificado de Re.B.Us el siguiente paso lógico es usar organoides hipocampales como tejido de injerto en roedores epilépticos «in vivo». La doctora Panuccio explica: «Los organoides hipocampales son réplicas desarrolladas mediante bioingeniería del tejido del hipocampo que pueden desarrollarse “in vitro” a partir de células madre. Se sabe muy poco sobre su actividad eléctrica, ya que solo se han obtenido recientemente con técnicas de ingeniería de tejidos, pero parece que poseen la capacidad intrínseca de generar el patrón que puede suprimir las convulsiones». Las estrategias futuras para curar la epilepsia podrían basarse en el empleo conjunto de trasplantes neuronales con ingeniería neuromórfica e inteligencia artificial (IA). La ingeniería neuromórfica podría representar una solución sin precedentes para el diseño de prótesis cerebrales biomiméticas, que exhiben un comportamiento parecido al del cerebro y aprenden a funcionar para favorecer una integración beneficiosa entre el injerto y el tejido del huésped. La IA optimizaría en tiempo real la función de los componentes electrónicos neuromórficos para evitar el daño y el rechazo del injerto debido a la actividad patológica del cerebro huésped. «La idea principal es que los componentes electrónicos neuromórficos y los algoritmos de IA finalmente se desactivarían tras la recuperación satisfactoria de la función cerebral, cuando ya no sea necesaria su intervención», señala la doctora Panuccio. Al resumir los logros de Re.B.Us la doctora Panuccio afirma: «Creo que Re.B.Us representa el punto de partida de un método novedoso para la reparación de la función cerebral basado en el uso conjunto de la medicina regenerativa y la ingeniería neuronal. Una estrategia de intervención biohíbrida que posiblemente cambiará la forma en que abordamos los trastornos cerebrales, lo que transformará el paradigma actual del tratamiento del cerebro patológico para su curación».
Palabras clave
Re.B.Us, cerebro, hipocampo, córtex, epilepsia del lóbulo temporal (ELT), epilepsia, inteligencia artificial (IA), ingeniería neuromórfica, biohíbrido