Una ressonància magnètica permet veure la inflamació del cervell ‘in vivo’ per primera vegada

Una investigació conjunta dels laboratoris dirigits per Silvia de Santis i Santiago Canals, científics de l'Institut de Neurociències d'Alacant, centre mixt del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) i la Universitat Miguel Hernández (UMH), ha permés visualitzar per primera vegada i amb gran detalle la inflamació cerebral utilitzant Ressonància Magnètica Ponderada per difusió. Aquesta destallada radiografia de la inflamació no pot obtindre's amb una ressonància magnètica convencional, sinó que requereix seqüències d'adquisició de dades i models matemàtics especials.

Una vegada desenvolupat el mètode, els investigadors han pogut quantificar les alteracions en la morfologia de les diferents poblacions de cèl·lules implicades en el procés inflamatori cerebral. Aquest avanç, que apareix publicat en la revista Science Advances, podria arribar a ser clau per a canviar el rumb de l'estudi i tractament de malalties neurodegeneratives com l'alzheimer, el pàrkinson i l'esclerosi múltiple.

La investigació, la primera autora de la qual és Raquel García-Hernández, demostra que la Ressonància Magnètica ponderada per difusió pot detectar de forma no invasiva i diferenciada l'activació de la microglia i els astròcits, dos tipus de cèl·lules del cervell que estan en la base de la neuroinflamació i la seua progressió. Malalties cerebrals degeneratives com l'alzheimer i altres demències, com el pàrkinson o l'esclerosi múltiple, són un problema apressant i difícil d'abordar. L'activació sostinguda de dos tipus de cèl·lules del cervell, la microglia i els astròcits condueix a una inflamació crònica en el cervell que és una de les causes de la neurodegeneració i contribueix a la seua progressió.

No obstant això, hi ha una manca d'enfocaments no invasius capaços de caracteritzar específicament la inflamació cerebral in vivo. L'estàndard d'or actual és la tomografia per emissió de positrons (PET), però és difícil de generalitzar i està associada a exposició a la radiació ionitzant, per la qual cosa el seu ús està limitat en poblacions vulnerables i en estudis longitudinals, que requereixen l'ús de PET de manera repetida durant un període d'anys, com és el cas de les malalties neurodegeneratives.

Un altre inconvenient del PET és la seua baixa resolució espacial, que la fa inadequada per a obtindre imatges d'estructures xicotetes, amb l'inconvenient afegit que els radiotrazadors específics de la inflamació s'expressen en múltiples tipus de cèl·lules (microglia, astròcits i endoteli), la qual cosa impedeix diferenciar-les.

Enfront d'aquests inconvenients, la ressonància magnètica ponderada per difusió té la capacitat única d'obtindre imatges de la microestructura cerebral in vivo de forma no invasiva i amb alta resolució, en capturar el moviment aleatori de les molècules d'aigua en el parènquima cerebral per a generar contrast en les imatges de ressonància magnètica.

Una estratègia innovadora

En aquest estudi, els investigadors de l'Institut de Neurociències (CSIC-UMH) han desenvolupat una estratègia innovadora que permet obtindre imatges de l'activació de la microglia i dels astròcits en la matèria grisa del cervell mitjançant ressonància magnètica ponderada per difusió (dw-MRI).

“És la primera vegada que es demostra que el senyal d'aquesta mena de ressonància magnètica (dw-MRI) pot detectar l'activació microglial i astrocitaria, amb petjades específiques per a cada població de cèl·lules. Aquesta estratègia que hem utilitzat reflecteix els canvis morfològics validats post mortem per immunohistoquímica quantitativa”, assenyalen els investigadors.

També han demostrat que aquesta tècnica és sensible i específica per a detectar la inflamació amb i sense neurodegeneració, per la qual cosa totes dues condicions poden ser diferenciades. A més, permet discriminar entre la inflamació i la desmielinització característica de l'esclerosi múltiple.

Aquest treball ha aconseguit demostrar també el valor traslacional de l'enfocament utilitzat en una cohort d'humans sans a alta resolució, “en la qual realitzem una anàlisi de reproducibilitat. L'associació significativa amb patrons de densitat de microglia coneguts en el cervell humà dona suport a la utilitat del mètode per a generar biomarcadors de glia fiables. Creiem que caracteritzar, mitjançant aquesta tècnica, aspectes rellevants de la microestructura tissular durant la inflamació, de forma no invasiva i longitudinal, pot tindre un tremend impacte en la nostra comprensió de la fisiopatologia de moltes afeccions cerebrals, i pot transformar la pràctica diagnòstica actual i les estratègies de seguiment del tractament de les malalties neurodegeneratives”, destaca de Santis.

Per a validar el model, els investigadors han utilitzat un paradigma establit d'inflamació en rates basat en l'administració intracerebral de lipopolisacàrids (LPS). En aquest paradigma, es preserva la viabilitat i la morfologia neuronal, al mateix temps que s'indueix, primer, una activació de la microglia (les cèl·lules del sistema immune del cervell), i de manera retardada, una resposta dels astròcits. Aquesta seqüència temporal d'esdeveniments cel·lulars permet que les respostes glials puguen ser dissociades transitòriament de la degeneració neuronal i la signatura de la microglia reactiva investigada independentment de l'astrogliosis.

Per a aïllar la petjada de l'activació astrocitaria, els investigadors van repetir l'experiment tractant prèviament als animals amb un inhibidor que anul·la temporalment al voltant del 90% de la microglia. Posteriorment, amb un paradigma establit de mal neuronal, van comprovar si el model era capaç de desentranyar les petjades neuroinflamatòries amb i sense una neurodegeneració concomitant. “Això és fonamental per a demostrar la utilitat del nostre enfocament com a plataforma per al descobriment de biomarcadors de l'estat inflamatori en les malalties neurodegeneratives, on tant l'activació de la glia com el mal neuronal són actors clau”, aclareixen.

Finalment, els investigadors van utilitzar un paradigma establit de desmielinització, basat en l'administració focal de lisolecitina, per a demostrar que els biomarcadors desenvolupats no reflecteixen les alteracions tissulars que es troben sovint en els trastorns cerebrals.

Referència:

Raquel Garcia-Hernandez, Antonio Cerdán Cerdá, Alejandro Trouve Carpena, Mark Drakesmith, Kristin Koller, Derek K. Jones, Santiago Canals, Silvia De Santis. Mapping microglia and astrocyte activation in vivo using diffusion MRI. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.abq2923