El primer signo de problemas para un paciente con un tumor cerebral en crecimiento es a menudo una convulsión. Estas convulsiones se han considerado durante mucho tiempo un efecto secundario del tumor. Pero ahora un equipo conjunto de ingenieros de Columbia e investigadores de cáncer que estudian tumores cerebrales ha encontrado evidenciaque las convulsiones causadas por un tumor agrandado podrían estimular su progresión mortal.
Estas interacciones, descritas hoy en Informes de celda , se revelaron utilizando una nueva tecnología de imágenes del cerebro del ratón que rastrea los cambios en tiempo real en la actividad cerebral y el flujo sanguíneo a medida que un tumor crece en el cerebro. La investigación identifica posibles nuevos objetivos para diagnosticar y tratar el glioma, una forma rara pero agresiva decáncer de cerebro, notable en los últimos años por haber cobrado la vida del senador estadounidense John McCain y Beau Biden, hijo del vicepresidente Joe Biden.
"A medida que los gliomas se propagan dentro del cerebro, se infiltran gradualmente en las regiones circundantes del cerebro, alterando los vasos sanguíneos y las interacciones entre las neuronas y otras células cerebrales", dijo Peter Canoll, MD, PhD, profesor de patología y biología celular en el Colegio de Médicos Vagelos de Columbiay los cirujanos y el coautor principal del artículo. "Los neurooncólogos generalmente se han centrado en desarrollar formas de matar selectivamente las células de glioma, pero también estamos interesados en comprender cómo las células infiltrantes de glioma cambian la forma en que funciona el cerebro. Creemos que este enfoquepuede conducir a nuevos tratamientos para esta terrible enfermedad "
Mientras tanto, Elizabeth Hillman, PhD, profesora de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Columbia, había desarrollado un método novedoso para obtener imágenes en tiempo real de la actividad neuronal y la dinámica del flujo sanguíneo en el cerebro de los ratones.mapeo óptico de campo, o WFOM, la Dra. Hillman y su laboratorio estaban usando el sistema para estudiar cómo la actividad neuronal en el cerebro impulsa los cambios locales en el flujo sanguíneo, un proceso conocido como acoplamiento neurovascular.
Los doctores Hillman y Canoll se dieron cuenta de que combinar la plataforma de imágenes del Dr. Hillman con el método del Dr. Canoll para generar tumores realistas en el cerebro de los ratones, podría permitirles explorar cómo se vio afectada la actividad cerebral durante el crecimiento del tumor.
"Utilizamos WFOM para obtener imágenes de los cerebros de ratones cada pocos días durante muchas semanas, observando cómo crecían los tumores e invadían diferentes áreas", dijo el Dr. Hillman, quien también es investigador principal del Instituto Zuckerman. "Estudiamos ratones cuyas neuronas eranetiquetado con un indicador verde de calcio fluorescente, que se vuelve más brillante cuando las neuronas están más activas, lo que nos permite detectar cómo la invasión tumoral afectó la actividad normal de las neuronas y las dilataciones y la constricción de los vasos sanguíneos ".
El equipo descubrió por primera vez que las células migratorias de glioma desincronizaron tanto la actividad neuronal como los cambios en el flujo sanguíneo que normalmente fluctúan juntos a ambos lados del cerebro. También descubrieron que el tumor afectaba el acoplamiento neurovascular, lo que hacía que los vasos sanguíneos fueran menos propensos a dilatarse y proporcionar nuevossangre cuando las neuronas se dispararon.
Pero otra cosa también llamó la atención de los investigadores.
"Vimos algunos destellos en nuestras imágenes de actividad neuronal, acompañados de grandes cambios en el flujo sanguíneo", dijo el Dr. Hillman. "Cuando observamos más de cerca, descubrimos que estos destellos se hicieron cada vez más frecuentes a medida que crecían los tumores, yen algunos casos vimos explosiones masivas y profundas de actividad neuronal ".
"Nos dimos cuenta de que a medida que los tumores progresaban en los cerebros de los ratones, estábamos viendo muchas descargas parecidas a convulsiones, que eventualmente progresaron en convulsiones completas que se asemejan a las convulsiones generalizadas que los pacientes con glioma a menudo experimentan", dijo el Dr. Canoll."Notamos que estas convulsiones eran más prominentes en los bordes del tumor, donde las células tumorales crecían y se entremezclaban con el cerebro sano circundante".
Durante estas convulsiones generalizadas, WFOM también reveló que los niveles de oxigenación de la sangre dentro del tumor cayeron bruscamente. Este hallazgo fue sorprendente y preocupante, ya que se sabe que las células tumorales prosperan en ambientes con bajo contenido de oxígeno o hipóxico.
"Cuando el tejido cerebral se vuelve hipóxico, las células cerebrales pueden secretar proteínas que realmente podrían estimular el crecimiento, la migración, la proliferación y la progresión del tumor", dijo el Dr. Canoll. "Creemos que el acoplamiento neurovascular alterado en el tumor está causando hipoxia durante las convulsiones,y podría crear un círculo vicioso de crecimiento tumoral, convulsiones, hipoxia y un mayor crecimiento tumoral "
Los hallazgos del equipo apuntan a una serie de objetivos prometedores para interrumpir el asalto vicioso del glioma en el cerebro.
"Para romper este ciclo de crecimiento tumoral, podríamos apuntar a reducir las convulsiones. Es posible que podamos usar WFOM para determinar qué tipos de medicamentos son más efectivos para suprimir estos tipos de convulsiones, sin interferir con los tratamientos contra el cáncer", dijo el Dr.. Canoll. "También buscaremos ver si los pequeños episodios de convulsiones que podrían ser difíciles de percibir para un paciente podrían ser una señal de advertencia temprana del desarrollo o crecimiento del tumor".
Lo que el equipo aprendió también podría ayudar con el diagnóstico y la orientación quirúrgica.
"La resonancia magnética funcional, fMRI, es un método de imagen del cerebro humano que detecta regiones activas a través de cambios locales en el flujo sanguíneo cerebral", dijo el Dr. Hillman, quien también es profesor de radiología en el Colegio de Médicos y Cirujanos Vagelos de Columbia."Nuestros resultados sugieren que la fMRI puede no ser confiable para guiar a los cirujanos a evitar regiones cerebrales específicas, si el tumor altera los cambios en el flujo sanguíneo. Sin embargo, los cambios en la sincronía y el acoplamiento neurovascular que observamos también podrían aprovecharse como biomarcadores para detectar regiones tumorales"."
Los resultados del equipo también destacan el poder de las colaboraciones interdisciplinarias. El Dr. Hillman desarrolló las técnicas de imagen y análisis del estudio con el apoyo de la Iniciativa NIH BRAIN, y el equipo las combinó con nuevos modelos de glioma de ratón desarrollados en el laboratorio Canoll para estudiar alteraciones enfunción cerebral asociada con enfermedad neurológica.
"Estamos muy emocionados de demostrar que estos métodos nos pueden dar una nueva visión de cómo las enfermedades afectan el funcionamiento del cerebro", dijo el Dr. Hillman. "Esperamos que este estudio incite a más científicos e investigadores clínicos a comenzar a usar in vivométodos de imagen para avanzar en nuestra comprensión de las enfermedades y trastornos cerebrales ".
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Materiales proporcionado por El Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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