El cerebro y el tracto digestivo están en constante comunicación, transmitiendo señales que ayudan a controlar la alimentación y otros comportamientos. Esta red de comunicación también influye en nuestro estado mental y se ha implicado en numerosos trastornos neurológicos.
Ingenieros del MIT han desarrollado una nueva tecnología para explorar estas conexiones y han demostrado que pueden controlar los circuitos neuronales que conectan el intestino y el cerebro, de momento, en ratones. La investigación se centra en descubrir cómo estas interacciones ayudan a moldear el comportamiento y la salud en general, con el objetivo de desarrollar futuras terapias para una variedad de enfermedades.
Polina Anikeeva, autora principal del estudio y profesora de ciencias del cerebro y cognitivas confiesa que “durante mucho tiempo, pensamos que el cerebro es un tirano que envía información a los órganos y controla todo. Pero ahora sabemos que hay una gran cantidad de retroalimentación en el cerebro, y que esta controla potencialmente algunas de las funciones que antes atribuíamos exclusivamente al control neuronal central”.
Estos hallazgos podrían tener implicaciones importantes para comprender y tratar condiciones neurológicas como el autismo y la enfermedad de Parkinson
En un reciente estudio publicado en la revista Nature Biotechnology, los investigadores del MIT presentaron los resultados que demuestran que se pueden inducir sentimientos de saciedad o comportamientos de búsqueda de recompensa en ratones manipulando las células del intestino. Utilizando fibras con sensores integrados y fuentes de luz para estimulación optogenética, los investigadores lograron un control preciso sobre los circuitos neurales que conectan el intestino y el cerebro.
El equipo de investigación realizó una serie de experimentos para mostrar cómo pueden influir en el comportamiento tanto a través de la manipulación del cerebro como del intestino. Primero, utilizaron las fibras para proporcionar estimulación optogenética a una parte del cerebro llamada área tegmental ventral (ATV), responsable de la liberación de dopamina. Al activar las neuronas de dopamina mientras los ratones se encontraban en una determinada cámara, lograron generar un aumento de la búsqueda de recompensas en esa cámara específica.
Luego, se propusieron investigar si también podían inducir este comportamiento a través de la influencia del intestino. Utilizando las fibras en el intestino, liberaron sacarosa, lo que también activó la liberación de dopamina en el cerebro y provocó que los animales buscaran la ubicación o cámara donde se les entregó la sacarosa.
En colaboración con la Universidad Duke, los investigadores descubrieron que podían inducir el mismo comportamiento de búsqueda de recompensa estimulando optogenéticamente las terminaciones nerviosas en el intestino que proporcionan información al nervio vago, responsable del control de la digestión y otras funciones corporales.
“De nuevo, obtuvimos este comportamiento de búsqueda con personas que previamente tuvieron estimulación en el cerebro, pero ahora sin tocar el cerebro. Solo estimulando el intestino y observando el control de la función central desde la periferia”, señaló la autora del estudio.
También pudieron probar la capacidad de las fibras para controlar los comportamientos de alimentación. Descubrieron que los dispositivos podrían estimular optogenéticamente las células que producen colecistoquinina, una hormona que promueve la saciedad. Cuando se activaba esta liberación de hormonas, se suprimía el apetito de los animales, a pesar de que llevaban varias horas en ayunas.
“Para poder realizar optogenética intestinal y luego medir los efectos sobre la función y el comportamiento del cerebro, se requiere una precisión de milisegundos, y necesitábamos un dispositivo que no existía. Entonces, decidimos hacerlo”, afirmó Atharva Sahasrabudhe, autor del estudio y quien dirigió el desarrollo de las sondas intestinales y cerebrales.
La capacidad de controlar los circuitos neurales entre el intestino y el cerebro abre nuevas posibilidades para comprender y tratar diversas condiciones neurológicas
Por ejemplo, se ha observado una mayor incidencia de disfunción gastrointestinal en niños autistas, mientras que la ansiedad y el síndrome del intestino irritable comparten factores de riesgo genéticos. “Ahora nos preguntamos, ¿son coincidencias o existe una conexión entre el intestino y el cerebro? Tal vez tengamos la oportunidad de aprovechar esos circuitos intestino-cerebro para comenzar a usar algunas de esas condiciones manipulando los circuitos periféricos de una manera que no 'toque' directamente el cerebro y sea menos invasivo”, apunta Anikeeva.
La tecnología desarrollada por el equipo del MIT permite medir las señales neuronales de manera precisa y en tiempo real, lo que proporciona una herramienta invaluable para investigaciones futuras sobre la interacción entre el cerebro y otros órganos del cuerpo.
Si bien este estudio se realizó en ratones, los resultados sentarán las bases para futuras investigaciones en humanos y podrían tener implicaciones significativas en la búsqueda de terapias para trastornos neurológicos como el autismo, la enfermedad de Parkinson y otros trastornos relacionados con el sistema digestivo.