La actividad física se cita a menudo como una forma de mejorar la salud física y mental. Investigadores del Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas han demostrado que también puede mejorar la salud del cerebro de manera más directa. Estudiaron cómo las señales químicas del ejercicio muscular promueven el crecimiento de las neuronas en el cerebro.
Su trabajo aparece en la revista Neurología.
Cuando los músculos se contraen durante el ejercicio, como los bíceps de un levantamiento de pesas pesadas, liberan una variedad de compuestos en el torrente sanguíneo. Estos compuestos pueden viajar a diferentes partes del cuerpo, incluido el cerebro. Los investigadores estaban particularmente interesados en cómo el ejercicio podría beneficiar una parte específica del cerebro llamada hipocampo.
“El hipocampo es una región importante para el aprendizaje y la memoria y, por lo tanto, para la salud cognitiva”, dijo Ki Yun Lee, Ph.D. estudiante de ciencias mecánicas e ingeniería en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, y autor principal del estudio. Por lo tanto, comprender cómo el ejercicio beneficia al hipocampo podría conducir a terapias basadas en el ejercicio para una variedad de afecciones, incluida la enfermedad de Alzheimer.
Para aislar las sustancias químicas producidas por la contracción muscular y probarlas en las neuronas del hipocampo, los investigadores recolectaron pequeñas muestras de células musculares de ratones y las cultivaron en placas de cultivo celular en el laboratorio. A medida que las células musculares maduraban, comenzaron a contraerse por sí solas, disparando sus señales químicas al cultivo celular.
El equipo de investigación agregó el cultivo, que ahora contiene las señales químicas de las células musculares maduras, a otro cultivo que contiene neuronas del hipocampo y otras células de apoyo conocidas como astrocitos. Usando varias medidas, incluida la inmunohistoquímica y las imágenes de calcio para rastrear el crecimiento celular y matrices de electrodos múltiples para registrar la actividad eléctrica de las neuronas, examinaron cómo la exposición a estas señales químicas afectaba a las células del hipocampo.
Los resultados fueron asombrosos. La exposición a las señales químicas de las células musculares que se contraen provocó que las neuronas del hipocampo generaran señales eléctricas más grandes y frecuentes, un signo de crecimiento y salud robustos. En unos pocos días, las neuronas comenzaron a emitir estas señales eléctricas de manera más sincrónica, lo que indica que las neuronas estaban formando juntas una red más madura e imitando la organización de las neuronas en el cerebro.
Sin embargo, los investigadores aún tienen dudas sobre cómo estas señales químicas desencadenaron el crecimiento y desarrollo de las neuronas en el hipocampo. Para descubrir más de la vía que vincula el ejercicio con una mejor salud cerebral, a continuación se centraron en el papel de los astrocitos en la mediación de esta relación.
«Los astrocitos son los primeros en responder en el cerebro antes de que los compuestos de los músculos lleguen a las células nerviosas», me dijo. Quizás, entonces, desempeñaron un papel en ayudar a las neuronas a responder a estas señales.
Los investigadores descubrieron que la eliminación de los astrocitos de los cultivos celulares provocaba que las neuronas emitieran más señales eléctricas, lo que sugiere que, sin los astrocitos, las neuronas continuaron creciendo, quizás hasta un punto en el que podrían volverse inmanejables.
«Los astrocitos juegan un papel fundamental en la mediación de los efectos del ejercicio», me dijo Lee. “Al regular la actividad neuronal y prevenir la hiperexcitabilidad neuronal, los astrocitos contribuyen a la homeostasis necesaria para una función cerebral óptima”.
Comprender la vía química entre la contracción muscular y el crecimiento y la regulación de las neuronas en el hipocampo es solo el primer paso para comprender cómo el ejercicio ayuda a mejorar la salud del cerebro.
«En última instancia, nuestra investigación podría contribuir al desarrollo de regímenes de ejercicio más efectivos para los trastornos cognitivos como la enfermedad de Alzheimer», dijo Lee.
Además de Lee, el equipo también incluyó a miembros de la facultad de Beckman. justin rodasCatedrático de Psicología. Y Tahir SaifEs profesor de ciencias mecánicas e ingeniería.
notas del editor
Se puede acceder al artículo titulado «Transmisión mediada por astrocitos de las contracciones de las fibras musculares que sincronizan el desarrollo de la red neuronal en el hipocampo» en: https://doi.org/10.1016/j.neurociencia.2023.01.028
Todos los autores declaran no tener conflictos de interés en este trabajo.
La investigación en este comunicado de prensa ha sido apoyada en parte por Institutos Nacionales de Salud bajo el Premio No. R21 NS 109894. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales de los Institutos Nacionales de Salud.
Contacto con los medios: Gina Kurtzweil, [email protected]
Tema de investigación
células
Título del artículo
La transducción de las contracciones de la fibra muscular mediada por astrocitos sincroniza el desarrollo de la red neuronal en el hipocampo
La fecha en que se publicó el artículo.
1 de abril de 2023
Declaración de COI
Todos los autores declaran no tener conflictos de interés en este trabajo.
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