Se estima que el 30 por ciento de la población mundial está infectada crónicamente con el parásito Toxoplasma gondii . La mayoría de las personas viven con la infección sin un efecto notable, pero puede ser potencialmente mortal para las personas con sistemas inmunes debilitados, como las personas que reciben terapias contra el cáncer o que tienen VIH / SIDA. Las mujeres embarazadas también pueden transmitir una infección a sus nonatosniños, poniendo a los bebés en riesgo de enfermedad neurológica severa.
Se sabe que "Toxo" puede afectar el cerebro, incluso influir en el comportamiento de sus huéspedes. Pero los científicos han debatido exactamente cómo el parásito cruza la barrera hematoencefálica, un obstáculo físico destinado a mantener a los patógenos fuera del cerebro.
Ahora, investigadores de la Facultad de Medicina Veterinaria de la Universidad de Pensilvania y colegas de todo el país han identificado cómo entra el parásito. Utilizando una poderosa técnica de imagen que permitió a los científicos rastrear la presencia y el movimiento de parásitos en los tejidos vivos, los investigadores encontraron que el toxoplasma infecta las células endoteliales del cerebro, que recubren los vasos sanguíneos, se reproduce dentro de ellas y luego pasa a invadir el sistema nervioso central.
"Cruzar la barrera hematoencefálica es un evento raro en parte porque esta estructura está diseñada para proteger el cerebro de los patógenos", dijo Christopher Hunter, profesor distinguido del presidente de Mindy Halikman Heyer en Penn Vet. "Y sin embargo, sucede y nosotrosahora he podido visualizar estos eventos. Es algo que nadie había visto antes "
Al iluminar el camino del patógeno hacia el cerebro, la investigación ayuda a informar qué estrategias de tratamiento pueden ser más efectivas para combatir el parásito antes de que cause el peor daño.
El estudio aparece en Microbiología de la naturaleza . Hunter fue el autor principal del estudio, dirigido por Christoph Konradt, investigador postdoctoral en el laboratorio de Hunter.
Se han considerado algunas teorías diferentes para explicar cómo el toxoplasma podría ingresar al cerebro.
Algunos creen que el parásito se aprieta entre las células de barrera, mientras que otros piensan que el parásito pasa directamente a través de una célula. Otra idea, "amada por los microbiólogos", dijo Hunter, es la hipótesis del caballo de Troya, en la que el parásito da un paseo a través delbarrera mientras está oculto dentro de una célula huésped infectada.
Konradt usó el microscopio de fotones múltiples de Penn Vet, que les permite mirar profundamente en los tejidos vivos sin dañarlos, para tratar de presenciar la invasión del parásito en acción. En estos estudios, usaron ratones que habían sido criados especialmente para expresar un fluorescenteproteína verde en sus células endoteliales. Luego infectaron a los ratones con Toxoplasma modificado que expresaba una proteína fluorescente roja.
Después de una semana, vieron células endoteliales en el cerebro infectadas, así como evidencia de que el parásito se estaba reproduciendo dentro de esas células. Dos semanas después de la infección, vieron que aparecían parásitos en el tejido cerebral adyacente a las células endoteliales.
En experimentos adicionales, pudieron visualizar los parásitos saliendo de las células endoteliales infectadas, introduciendo el parásito en el cerebro.
Los investigadores también querían revisar la hipótesis del caballo de Troya, para ver si, como se había propuesto, los monocitos infectados, un tipo de célula inmune, podrían ser responsables de llevar el parásito al cerebro. Para probar esto, el equipo infectó los monocitoscon una forma de Toxo, marcada en rojo, que no puede reproducirse, luego introdujo esas células en ratones. Si los monocitos actuaran como un caballo de Troya, los científicos esperarían ver al parásito romper la barrera hematoencefálica.solo vio células infectadas dentro de los vasos sanguíneos, y estas células no pudieron cruzar la barrera hematoencefálica.
Para iluminar aún más el mecanismo por el cual Toxo infecta y se disemina a través del cuerpo, los investigadores analizaron específicamente los niveles de parásitos libres, es decir, parásitos que aún no se habían infectado o se habían engullido por una célula huésped.
Se sorprendieron al ver que una porción significativa, alrededor de un tercio de la carga total de parásitos del ratón, existía como parásitos libres en la sangre.
"Creo que esperábamos ver una pequeña cantidad de parásitos fuera de las células, porque tienen que salir para moverse de una célula a otra", dijo Konradt. "Pero no creo que nadie haya apreciado por completo la gran cantidad de parásitosque son libres y capaces de infectar otras células en la vasculatura "
Sin embargo, esta presencia de parásitos libres fue transitoria. A los 10 días de la infección, la mayoría de los ratones no tenían parásitos libres en la sangre.
"Desde la perspectiva del tratamiento", dijo Hunter, "eso significa que si una mujer embarazada se infecta por primera vez, hay un período de tiempo bastante corto cuando el parásito puede atravesar la placenta y afectar al feto. Eso nos dice quedirigirse a estas etapas en la sangre durante esta ventana estrecha podría ser eficaz para prevenir la transmisión congénita ".
Como una prueba final para ver si los parásitos podían acceder directamente al cerebro desde la sangre, los investigadores infectaron a los ratones con una mezcla de parásitos y mutantes normales que no pudieron reproducirse, cada uno etiquetado en diferentes colores. Luego mostraron que solo los normales, la reproducción del parásito llegó al tejido cerebral funcional.
"Esto muestra que el parásito tiene que replicarse para propagarse de la sangre a otros tejidos", dijo Konradt. "Eso podría significar que un medicamento que bloquea la replicación podría ser eficaz para prevenir la diseminación".
Los hallazgos del equipo sugieren que las teorías actuales sobre cómo el toxoplasma cruza la barrera hematoencefálica probablemente no sean la principal forma de infección del cerebro. En cambio, los parásitos se mueven directamente de la sangre a las células endoteliales, donde se replican, causan que la célula seexplotar y luego infectar las células cerebrales vecinas.
Más allá de sus implicaciones para las infecciones por toxoplasma, la investigación puede dar una idea de cómo otros patógenos virales, bacterianos y parasitarios pueden pasar de la sangre al cerebro.
"Toxo es un modelo realmente bueno para estudiar la inmunidad vascular en general", dijo Konradt.
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Materiales proporcionados por Universidad de Pennsylvania . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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