BRAINEX: DEVOLVERLE LA CIRCULACION AL CEREBRO TRAS LA MUERTE

Artículo de Seraphina Solders

Traducción de Elena Blanco-Suárez

En mayo de 2018, varios titulares de internet advertían de un espeluznante experimento con “cerebros en calderos”, en el cual unos científicos habían “reanimado” cerebros separados de los cuerpos de cerdos procedentes de mataderos, y, por supuesto, eso no podía significar otra cosa que un “infierno viviente” para los humanos. Muy poco se sabía de este estudio en aquel momento, ya que el científico líder, Nenad Sestan, declinó comentar hasta que el estudio estuviera publicado. Ahora que el artículo ha salido a la luz [1], por fin podemos entender exactamente lo que estos científicos hicieron, y si era realmente merecedor de esa emoción y preocupación desmesuradas por parte de tanto científicos como periodistas de todas las partes del mundo.

La publicación, titulada en inglés “Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem” (“Restablecimiento de la circulación cerebral y las funciones celulares tras horas post-mortem”), describe una tecnología desarrollada para restablecer la circulación cerebral tras la muerte, a la cual bautizaron como BrainEx. Para hacer esto, los autores del estudio desarrollaron una solución química que perfundían (o sea, administraban en forma de fluido) en el cerebro para imitar el flujo sanguíneo y llevar oxígeno y otros nutrientes necesarios para el funcionamiento normal. Testaron esta nueva tecnología y solución química en cerebros aislados de cerdos de 6-8 meses de edad para determinar si un cerebro de mamífero grande tenia alguna capacidad de restauración tras un tiempo prolongado tras la muerte.

Nota: este artículo se centra en la metodología y los resultados del documento publicado; si está interesado en aprender más sobre los debates éticos que rodean este estudio, puede visitar mi post anterior en ese tema.

¿Qué es BrainEx?

Puede imaginarse la tecnología BrainEx como una especie de máquina de diálisis: consiste en una serie de bombas y filtros que circulan la solución química por el cerebro, con la meta de restablecer la circulación y aportar oxígeno y otros nutrientes al tejido para evitar la formación de sustancias tóxicas.

Los científicos consiguieron cerebros de cerdos post-mortem de unas instalaciones de producción alimentaria (es decir, mataderos) aprobadas por el Departamento de Agricultura de EEUU, por lo que ningún animal fue sacrificado específicamente para este estudio. La mayoría de los cerebros fueron aislados en las 4 horas siguientes a la muerte y conectados a la máquina BrainEx. Para esto era necesario remover la mayoría del cráneo y las capas protectoras exteriores del cerebro, dejando las venas y arterias intactas. El sistema BrainEx, entonces, se conectaba a las arterias para perfundir los cerebros con la nueva solución química BrainEx, una solución control o ninguna solución. La solución BrainEx contenía los componentes necesarios para la función celular, los cuales incluyen: vitaminas y aminoácidos, sales inorgánicas, antibióticos, factores metabólicos y agentes protectores celulares. La solución control solo contenía sales inorgánicas y antibióticos (sin duda, lejos de lo necesario para restablecer la función celular de por sí). Las perfusiones se hicieron siempre durante 6 horas, lo que resultó en un tiempo post-mortem total de 10 horas (4 horas tras la muerte + 6 horas de perfusión).

Además de perfundir los cerebros con BrainEx o la solución control, establecieron dos grupos de cerebros aparte que no se sometieron a perfusión. Uno de esos grupos control incluyó cerebros que fueron aislados 10 horas tras la muerte y el otro,  cerebros aislados tan solo 1 hora tras morir. A estos cuatro grupos experimentales los sometieron a varios tipos de análisis para demostrar los efectos de su tecnología en el restablecimiento de la circulación cerebral.

Restableciendo la circulación

En primer lugar, los investigadores demostraron que la solución BrainEx podía restablecer el flujo a través de la vasculatura cerebral. Una forma de hacer esto fue a través de la inyección de un agente de contraste (una sustancia que ayuda a visibilizar en imagen médica a través del incremento del contraste de la estructura en la que se encuentra) en la carótida por perfusión con la solución BrainEx, y examinando el alcance de esta sustancia por el cerebro.

En el video siguiente, puede ver las imágenes que se obtuvieron usando la técnica llamada angiografía por tomografía computarizada, utilizada para examinar los vasos sanguíneos del cuerpo. El agente de contraste se puede ver claramente a través de la vasculatura cerebral, demostrando así que la solución BrainEx fluye a través de las venas y arterias del cerebro.

Confirmaron esto ya que la solución BrainEx podía verse a simple vista en los vasos sanguíneos en la superficie del cerebro, y si una vena se comprimía y relajaba, observaron que se rellenaba rápidamente  con la solución.

Estos resultados prueban que esta tecnología es capaz de al menos restablecer la circulación.

Preservar la Estructura y Función Cerebrales

Tras mostrar que la solución BrainEx puede fluir a través de la vasculatura cerebral, imitando la circulación típica, necesitaban mostrar el efecto de dicha solución. La meta final de restablecer la circulación en el cerebro tras la muerte, después de todo, es restablecer la función del propio cerebro.

Para ello, examinaron primero las células neuronales en áreas altamente susceptibles a la pérdida de oxígeno y sangre tras la muerte o tras un infarto cerebral. Tras remover los cerebros de la maquinaria BrainEx, tomaron rodajas de dichas áreas y tiñeron los cuerpos celulares para visualizar la estructura global. Encontraron que los cerebros que se habían perfundido con la solución BrainEx eran comparables a los que se habían sacado del  cráneo tan solo 1 hora después de morir, mientras que las células de los cerebros en otros grupos mostraron un deterioro obvio. Estos resultados sugerían que fueron capaces de prevenir gran parte del daño que los cerebros que recibieron la solución control demostraron o aquellos cerebros que fueron sacados del cráneo a las 10 horas de morir. Esto queda reflejado en la figura siguiente, que muestra la tinción del hipocampo.

A continuación, miraron específicamente a las células gliales (o glía), las cuales son extremadamente importantes en la homeostasis y el mantenimiento y protección de las neuronas. Lo que les intrigó fue encontrar resultados similares a los vistos en las neuronas: los cerebros perfundidos con BrainEx mostraron una tinción similar a los cerebros sacados 1 hora tras la muerte, mientras que los cerebros perfundidos con la solución control, así como los sacados 10 horas tras la muerte, mostraron señales fragmentadas indicativas de destrucción celular. Una vez más, estos resultados sugerían que la solución BrainEx mitigaba las consecuencias de la anoxia (falta de oxígeno) e isquemia (aporte sanguíneo inadecuado) en la estructura celular tras la muerte. Tras ver que estas células aparentaban estar sanas, la gran pregunta a continuación era si aún podían funcionar de forma normal.

Para empezar a contestar esta pregunta, volvieron a examinar la glía. La activación de las células gliales, en particular la microglía, puede causar inflamación del cerebro. Para probar si la glía mantenía su funcionalidad, los autores inyectaron una solución con moléculas llamadas lipopolisacáridos que activan las células gliales y provocan la liberación de moléculas inflamatorias. Los cerebros que habían recibido BrainEx mostraron un incremento en varias moléculas inflamatorias comparados a los otros grupos, lo que sugiere que esas células mantuvieron no sólo su integridad celular, sino también su funcionalidad.

Mantenimiento del Cableado y el Encendido  

A continuación, quisieron examinar si las neuronas aún podían comunicarse entre ellas tras restablecer la circulación. Primero miraron el estado de las sinapsis —los espacios entre neuronas para enviar las señales químicas y eléctricas entre ellas—. Una vez más, vieron que la estructura de las sinapsis fue preservada en los cerebros sujetos a BrainEx de una forma muy similar a los extraídos en la hora siguiente a la muerte. Por otro lado, los cerebros que recibieron la solución control o habían sido obtenidos a las 10 horas de la muerte mostraron una degradación sináptica sustancial. Es más, el número de vesículas (los compartimentos en los que las neuronas llevan las señales químicas a través de la sinapsis) se mantuvo inalterado sólo en los cerebros perfundidos con BrainEx y los tomados 1 hora tras la muerte, pero se redujo enormemente en los otros grupos. Todos estos resultados apuntan a que la estructura celular requerida por las neuronas para comunicarse se preservó con la tecnología BrainEx.

Tras confirmar la integridad estructural de la sinapsis, el último paso para estos científicos fue medir la actividad neuronal en una de las rodajas cerebrales (notablemente, sólo pudieron hacerlo en las rodajas de los cerebros BrainEx ya que los demás mostraban daño suficiente como para prevenir cualquier actividad neuronal). Tomaron rodajas del hipocampo y usaron electrodos para grabar la actividad de las células;en éstas, encontraron patrones similares a los que cabría esperar de una rodaja de un cerebro fresco. Esto sugiere que estas neuronas habían recobrado (o quizás nunca perdieron) la viabilidad funcional.

Sin embargo, los autores apuntan que a pesar de que las neuronas individuales retuvieron cierta funcionalidad, al monitorizar la actividad eléctrica en la superficie del cerebro utilizando electrodos, NO se observó actividad espontánea global. La actividad neuronal a pequeña escala no es suficiente para producir conciencia; nuestros cerebros son órganos extremadamente complicados que generan patrones específicos de actividad coordinada, global para producir sensaciones, pensamientos y emociones. Lo que significa, en general, que estos cerebros no eran enteramente funcionales, y no hay posibilidad de que hubieran restablecido la conciencia. De hecho, los científicos intentaron prevenir esta posibilidad mediante la administración de compuestos antagónicos que bloquean cierta actividad neuronal y también preparándose para administrar anestesia y temperaturas bajas en caso de que cualquier señal de actividad global apareciera.

¿Cuál es el significado de todo esto para la gente?

Este tipo de investigación es importante ya que demuestra que los cerebros de mamíferos podrían tener una resistencia mayor de lo que se creía a restricciones en sangre y oxígeno, con las intervenciones adecuadas. Aunque sabemos que la gente pierde la conciencia segundos después de perder la circulación sanguínea al cerebro, y que la energía disponible en nuestro cerebro se acaba en minutos, es posible que necesitemos reconsiderar lo que anteriormente se pensaba como una cadena de acontecimiento irreversible que lleva a daño cerebral permanente y la muerte. Esto tiene grandes implicaciones a la hora de acercar la ciencia básica y los tratamientos clínicos. Si pudiésemos estudiar cerebros intactos y funcionales en el laboratorio, quizás seríamos capaces de entender mejor cómo el cerebro se recupera tras la anoxia global o la isquemia. Esto podría permitirnos tratar a la gente que sufre de ataques al corazón o infartos cerebrales, los cuales experimentan una pérdida temporal de circulación cerebral. Lo que es más, podríamos potencialmente usar herramientas como éstas para estudiar las condiciones cerebrales en enfermedades neurodegenerativas, que podrían incluir defectos en la vascularización cerebral. Esta tecnología aún requiere más pruebas y optimizaciones, pero las posibilidades son tremendamente emocionantes.

Referencias

[1] Vrselja, Daniele, Silbereis, et al. (2019). Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature 568(18):336-343. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1099-1

Featured image taken from:

Duvernoy, Delon, and Vannson (1981). Cortical Blood Vessels of the Human Brain. Brain Research Bulletin 7(5):519-579.