Todos sabemos que la comida es esencial para el desarrollo saludable del cerebro y el cuerpo, especialmente en las primeras etapas de la vida. Pero no se comprende exactamente cómo la nutrición afecta el crecimiento temprano del cerebro, especialmente a nivel celular.
por el Instituto de Investigación Scripps
Una razón de esta falta de comprensión es simplemente la dificultad de estudiar animales antes de que nazcan. Pero en un estudio que involucró renacuajos, que se desarrollan completamente fuera del útero materno, los científicos de Scripps Research pudieron descubrir nuevos hallazgos sobre cómo las células cerebrales responden y se recuperan de la falta de nutrición.
«Con los renacuajos, podemos observar las primeras etapas del desarrollo del cerebro que generalmente son inaccesibles para nosotros», dice la bióloga celular Caroline McKeown, Ph.D., científica senior en el laboratorio de neurociencia de Hollis Cline, Ph.D., y autor principal del estudio. «Este estudio nos mostró, por primera vez en una especie de vertebrados , las vías de señalización celular que son esenciales para la división celular sensible a los nutrientes en las células madre neurales . Estos hallazgos pueden conducir a nuevos enfoques para iniciar y detener el crecimiento celular en el cerebro». «
La investigación, que aparece en la revista Development , tiene múltiples aplicaciones potenciales, incluida la atención prenatal mejorada en humanos. McKeown dijo que los hallazgos también contribuirán a la investigación en curso en el laboratorio sobre el papel de las células madre neurales en la recuperación de una lesión cerebral.
Típicamente, en un renacuajo Xenopus y en la mayoría de los animales, las células madre conocidas como «progenitores neurales» florecen durante las primeras etapas de desarrollo. Estas células eventualmente maduran en neuronas, el tipo de célula en el cerebro que controla el pensamiento y la acción.
En un estudio anterior , McKeown y Cline descubrieron que cuando los renacuajos se veían privados de alimentos, sus células progenitoras neurales dejaban de dividirse y su crecimiento corporal disminuía, pero los animales permanecían vivos y su comportamiento parecía normal. Sorprendentemente, si los renacuajos pudieran acceder a la comida dentro de unos nueve días, las células progenitoras neuronales en el cerebro comenzarían a dividirse nuevamente y los renacuajos alcanzarían el estado de crecimiento donde hubieran estado si la comida hubiera estado siempre disponible.
Lo que captó la atención de McKeown fueron las preguntas de vida o muerte: ¿Qué provocó que las células progenitoras neurales pudieran dividirse nuevamente? ¿Y cómo funcionó? En el nuevo estudio, ella y Cline identificaron los mecanismos celulares que subyacen a esta respuesta de desarrollo.
«Sabemos que muchos de estos eventos celulares fundamentales se conservan en todas las especies animales, por lo que es posible que las especies de mamíferos también sean capaces de este tipo de resistencia a la privación prenatal de nutrientes», dice McKeown.
Una vez que los investigadores descubrieron que el desarrollo temprano del cerebro podría recuperarse después de períodos sin comida, querían comprender lo que estaba sucediendo a nivel celular para decirles a los progenitores neuronales que dejaran de dividirse y volvieran a comenzar. Lo rastrearon hasta una conocida vía de señalización conocida como mTOR (abreviatura de «objetivo mamífero de rapamicina»), que es un regulador central del metabolismo celular, el crecimiento, la proliferación y la supervivencia.
Curiosamente, incluso sin proporcionar a los renacuajos ningún alimento, sus cerebros podrían relanzarse en modo de crecimiento activando el receptor de insulina que se encuentra en la superficie de las células progenitoras neuronales, dice Cline. La insulina es una hormona que permite a las células usar azúcares de los alimentos como energía y puede activar la señalización de mTOR. Ser capaz de evitar la necesidad de alimentos a nivel celular podría avanzar en las terapias médicas para una nutrición deficiente.
Al rastrear cuidadosamente las células progenitoras neurales a lo largo del tiempo, McKeown también descubrió que estaban listas para dividirse tan pronto como las señales de nutrientes llegaran a ellas. Esto significaba que las células habían detenido su progresión cuando estaban a punto de dividirse. Esto se ve típicamente en células bajo estrés, y claramente el hambre es un tipo de estrés.
«Estudiar la capacidad de los renacuajos para responder a las incertidumbres ambientales ayudó a aumentar nuestra comprensión de los eventos celulares conservados que controlan el desarrollo del cerebro», dice McKeown.
«La observación de que la comida afecta la división de las células cerebrales ya se conocía, pero nadie profundizó en cómo la comida estaba teniendo ese efecto», agrega Cline, profesor de Neurociencia de Hahn y presidente del Departamento de Neurociencia en La Jolla. «Visualizamos que este conocimiento se volverá útil para comprender qué puede salir mal en ausencia de nutrición materna, y cuán importante es responder rápidamente a tal evento».
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