La anestesia puede funcionar al enfocar la grasa en nuestros cerebros

 

Después de casi 150 años, finalmente podemos entender cómo la anestesia general nos hace perder el conocimiento, aunque algunos de los detalles permanecen turbios.

Estas drogas desalojan las moléculas retenidas en la membrana grasa que rodea las células del cerebro. Una vez que los medicamentos alcanzan esta capa de grasa, las moléculas liberadas rebotan como bolas de billar dentro de la membrana y alteran la función de las proteínas incrustadas en su superficie, según un nuevo estudio en células cultivadas y moscas de la fruta.

Los nuevos hallazgos podrían ayudar a resolver un misterio que ha permanecido durante décadas.

“La gente ha estado trabajando seriamente en esto durante al menos 100 años”, dijo el autor del estudio Scott Hansen, profesor asociado en los departamentos de medicina molecular y neurociencia del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla, California.

Pero no todos piensan que el nuevo estudio puede revelar por qué los anestésicos ponen a los humanos “a dormir”.

“Digamos que hay una gran diferencia entre el cerebro de la mosca de la fruta y el cerebro humano”, dijo el Dr. Emery Brown, profesor de Ingeniería Médica y Neurociencia Computacional en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y profesor de Anestesia en la Facultad de Medicina de Harvard, quien No participó en el estudio.

Fuente de inconsciencia

Desde que el cirujano dental Dr. William Morton utilizó por primera vez el éter químico como anestésico en la década de 1840, los científicos han tratado de comprender cómo interactúan el medicamento y otros anestésicos con el cerebro. Los científicos del siglo XIX sospecharon que los anestésicos de alguna manera alteraron la membrana grasa que rodea las células, incluidas las células cerebrales, ya que las drogas repelen el agua mientras se mezclan fácilmente con aceites y grasas, dijo. Investigaciones posteriores, realizadas en la década de 1980, sugirieron que los anestésicos se unen directamente a las proteínas alojadas dentro de la membrana grasa e interfieren directamente con la actividad de dichas proteínas, disminuyendo la actividad general de las células cerebrales, según Scientist. Pero Hansen y sus colegas sospecharon que esta no era toda la historia.

En experimentos en células cultivadas y moscas de la fruta, los autores encontraron que los anestésicos alteran bolsas específicas de grasa dentro de la membrana celular; esas interrupciones luego liberan moléculas y desencadenan reacciones en cadena en otras partes de la superficie celular. Los autores postulan que estos cambios moleculares, entre otros mecanismos, hicieron que las moscas de la fruta perdieran la conciencia, como lo demuestran los insectos que se quedan inmóviles durante varios minutos.

Sin embargo, los expertos le dijeron a Live Science que estos experimentos con animales solo pueden decirnos mucho sobre cómo funcionan las drogas en los humanos.

Si bien el estudio confirma que los anestésicos son “drogas sucias”, lo que significa que se dirigen a múltiples sistemas celulares a la vez, no puede decir exactamente cómo las alteraciones de la membrana grasa alteran la conciencia, o incluso cómo esos cambios alteran la actividad en todo el cerebro, dijo Brown a Live Science.

Las drogas interrumpen la membrana, “está bien, pero ahora terminan la historia”, dijo. “¿Cómo se maneja eso? [activity in] ciertas partes del cerebro? “. Comprender cómo funcionan los anestésicos podría ayudar a los médicos a usar los medicamentos con mayor precisión en la clínica”, dijo Brown.

Esta comprensión también podría indicar cómo el cerebro entra y sale de la conciencia de forma natural, como lo hace durante el sueño, agregó Hansen.

Los microscopios avanzados ofrecen una mirada más cercana

“En el pasado”, cuando los anestésicos entraron por primera vez en uso generalizado, los científicos teorizaron que muchos de los efectos fisiológicos de las drogas se derivaban de los cambios en la membrana grasa. células, una puerta de entrada que determina cuándo las moléculas pueden entrar o salir, dijo Francisco Flores, científico investigador e instructor en el Departamento de Anestesia del Hospital General de Massachusetts que no participó en el estudio. A medida que avanzaba la tecnología, los científicos descubrieron que muchos medicamentos interactúan con proteínas específicas ancladas en la membrana grasa y, posteriormente, los esfuerzos de investigación se centraron más en estas proteínas unidas a la membrana que en las grasas que las rodean, conocidas como lípidos, dijo.

“Sin embargo, para los anestésicos, la hipótesis de los lípidos sobrevivió por más tiempo”, dijo Flores. Los anestésicos pueden atravesar la barrera hematoencefálica, un borde de células que separa la sangre circulante del tejido cerebral y permite que solo pasen ciertas moléculas. Todos los anestésicos, así como otras drogas que pasan la barrera hematoencefálica, repelen el agua e interactúan fácilmente con los lípidos, “por lo que aún existe la posibilidad de que puedan hacer algo en la membrana”, dijo.

Pero los científicos del siglo XIX no pudieron observar cómo los anestésicos deformaban la membrana lipídica; La tarea requería microscopios de súper resolución que no se habían inventado en ese momento, dijo Hansen. Hansen y sus coautores utilizaron un microscopio de este tipo, llamado dSTORM, para observar cómo reaccionaban las células cuando se bañaban en los anestésicos cloroformo e isoflurano.

Descubrieron que los diferentes tipos de grasas dentro de la membrana celular reaccionaban de manera diferente a las drogas.

Una bolsa de grasas, conocida como GM1, contiene altas concentraciones de moléculas de colesterol, bien empaquetados y salpicados de moléculas de azúcar específicas. Tras la exposición a la anestesia, las grasas dentro de estos grupos GM1 se dispersan y, al hacerlo, liberan varias proteínas que se enredaron con ellas. Una de esas proteínas, llamada PLD2, escapa a un paquete diferente de grasas e inicia una serie de reacciones químicas.

Específicamente, la reacción abre un túnel a través de la célula llamado canal de iones TREK1, que permite que las partículas cargadas positivamente salgan de la célula. En una célula cerebral, este éxodo masivo de partículas positivas hace que la célula tenga una carga más negativa y podría suprimir la actividad eléctrica y química de esa célula. Eso, en teoría, podría llevar al cerebro a un estado inconsciente, dijo Hansen.

Pero puede que no sea tan sencillo, señaló Brown.

Aún más misterios por resolver

Para ver si sus experimentos celulares se llevaban a los animales, los autores diseccionaron los cerebros de las moscas de la fruta y descubrieron que, después de la exposición al cloroformo, las grasas dentro de las membranas lipídicas de las células cerebrales de las moscas se diseminaron tal como se había observado en el cultivo celular. Además, las moscas de la fruta mutantes sin la capacidad de producir PLD2 se volvieron resistentes al tratamiento con cloroformo y requirieron una dosis mayor para ser sedados, informaron los investigadores en el estudio, que se publicó el 28 de mayo en la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Debido a que las moscas mutantes no eran completamente inmunes al cloroformo, los autores concluyeron que múltiples mecanismos probablemente permitan que se arraigue el efecto anestésico del medicamento. Las interrupciones en la membrana lipídica de las células pueden contribuir a este efecto general, pero en este punto, su influencia relativa sigue sin estar clara, señaló Brown. Los anestésicos “sucios” desencadenan una serie de reacciones en el cerebro a través de diferentes vías químicas y metabólicas, y los científicos aún no saben cómo las interrupciones de la membrana afectan la actividad general dentro de ese circuito, dijo.

Brown dijo que estas interacciones serán difíciles de desenredar en el cerebro de mosca algo simple, y aún más difícil de entender en el cerebro humano.

Dicho esto, Hansen y sus coautores plantean la hipótesis de que las alteraciones de la membrana pueden desempeñar un papel más amplio y desconocido en los efectos de los anestésicos en los humanos. Teóricamente, los anestésicos pueden afectar indirectamente a muchas proteínas al interrumpir primero la membrana lipídica, dijo Hansen. Muchas proteínas alojadas en la membrana lipídica tienen ácidos grasos adheridos a sus estructuras, por ejemplo, y algunas de estas proteínas interactúan con los químicos del cerebro y ayudan a impulsar la actividad de las células cerebrales. Una hipótesis es que si los anestésicos se dirigen a los ácidos grasos unidos a estas proteínas, los medicamentos podrían alterar su función y sedar el cerebro, dijo Hansen.

“Una vez más, esto es especulativo” y necesitaría ser confirmado con futuros estudios, agregó. Se deben realizar estudios similares con otras drogas que cruzan la barrera hematoencefálica, no solo con anestésicos, para determinar si el efecto parece único o común a muchas clases de drogas, dijo Flores. Hansen dijo que quiere ver si los químicos con efectos similares ya existen en el cerebro, y tal vez nos ayuden a dormir.

Si bien el nuevo estudio abre muchas vías interesantes para futuras investigaciones, por ahora, los resultados siguen siendo bastante preliminares, dijo Brown.

“¿Hago algo diferente en la sala de operaciones ahora que he leído ese periódico? No”, dijo Brown.

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