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Cerebros de plastilina: ¿es posible conseguir una “supermemoria”?

Por Sandra Jurado Sánchez (CSIC)*

Ilustración de Silvia Jurado Sánchez

       Ilustración de Silvia Jurado Sánchez

En estas fechas de junio ya casi se pueden tocar las tan ansiadas vacaciones… Durante este mes, miles de estudiantes se han tenido que enfrentar a los exámenes de fin de curso, a la temida EBAU (antes Selectividad o PAU) o incluso a los exámenes de recuperación. En estas semanas el alumnado pone a prueba su templanza, pero sobre todo su memoria y conocimiento. Algunos demuestran una excelente capacidad de retención de manera innata (o, más probablemente, producto del trabajo continuado durante el curso), mientras que otros creen “conveniente” mejorar sus posibilidades con la ayuda de suplementos alimenticios. También hay quienes, dudando de su propia capacidad, se dedican al diseño de complejas formas de outsourcing intelectual o “chuletas” de última generación.

En estos momentos de incertidumbre, qué no daríamos por conocer los secretos de la memoria: ¿cómo aprendemos?, ¿cómo se forman nuestras memorias y recuerdos? Y sobre todo, ¿cómo podemos potenciar estas capacidades y generar una “supermemoria”? El cerebro guarda la clave de estos misterios, y la neurociencia, la ciencia encargada de estudiar el funcionamiento cerebral, trabaja sin descanso para entenderlos.

El desarrollo temprano durante la infancia es un momento crítico para el aprendizaje, pero las personas adultas seguimos aprendiendo y formando recuerdos sin que se produzcan cambios significativos en nuestro volumen cerebral. Una posible estrategia del cerebro adulto para codificar nueva información implicaría remodelar las conexiones neuronales ya existentes en función de su frecuencia de uso. Por ejemplo, consideremos el aprendizaje de un instrumento musical principalmente adquirido a través de constante repetición. Aquellos contactos neuronales o sinapsis que comienzan a emplearse con mayor frecuencia podrían verse potenciados, mientras que si abandonamos el entrenamiento, estos contactos o conexiones podrían comenzar a debilitarse, llegando incluso a desaparecer. Los puntos de contacto entre neuronas, o sinapsis, son regiones extremadamente flexibles que tienen la capacidad de responder a distintas necesidades según los estímulos que reciben, potenciándose o debilitándose en función de la frecuencia de uso durante un proceso conocido  como plasticidad sináptica.

El concepto del cerebro como una estructura plástica se introduce por primera vez en el siglo XIX por el psicólogo estadounidense William James, y posteriormente es asimilado por los padres de la neurociencia moderna, con su máximo exponente en la figura de Santiago Ramón y Cajal. Meticulosas observaciones de las redes neuronales en cerebros embrionarios convencieron a Cajal de que el tejido neuronal era lo suficientemente flexible como para permitir la formación y desaparición de conexiones dependiendo del momento del desarrollo, y que posiblemente esta flexibilidad se encontrara en la base de la formación de memorias y recuerdos en el cerebro adulto.

Dibujo de corteza cerebelosa realizado por Santiago Ramón y Cajal en 1904. / Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades

Dibujo de corteza cerebelosa realizado por Santiago Ramón y Cajal en 1904. / Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades

Aunque plausible e interesante, la plasticidad cerebral acabó siendo un concepto puramente teórico. Habría que esperar hasta principios de los años setenta para que los investigadores Timothy Bliss y Terje Lømo, de la Universidad de Oslo, detectaran por primera vez un fenómeno de plasticidad sináptica. Así, lograron demostrar que en respuesta a un aumento de la frecuencia de estimulación, la fuerza de las sinapsis en el hipocampo, una región cerebral importante para la memoria y afectada severamente en la enfermedad de Alzheimer, aumentaba muy rápidamente: ¡en cuestión de segundos podía aumentar hasta un 200%! Lo más importante era que estas conexiones permanecían potenciadas durante horas. Este aumento en la frecuencia de estimulación en el laboratorio mediante técnicas de electrofisiología in vivo pretendía mimetizar el aumento de la actividad de determinadas conexiones durante el proceso de aprendizaje. El resultado fue que estas conexiones eran capaces de adaptarse muy rápidamente y facilitarse tal y como se venía especulando desde el siglo XIX.

Este hallazgo revolucionó la neurociencia, ya que proporcionaba evidencias experimentales para el concepto de plasticidad cerebral, que hasta entonces era una mera hipótesis. En los años sucesivos, numerosos laboratorios profundizaron en el estudio de la plasticidad sináptica y, gracias al avance de las técnicas de biología molecular, electrofisiología y microscopía, se pudieron identificar diferentes moléculas claves para este fenómeno neuronal.

La identificación de estas moléculas abre la puerta al diseño de nuevas estrategias y fármacos destinados a potenciar los procesos cognitivos, principalmente en individuos afectados por patologías que afectan a la memoria, como las enfermedades neurodegenerativas. Aunque la tan ansiada “píldora de la memoria” aún está fuera de nuestro alcance, es intrigante pensar qué efectos podrían provocar estos fármacos en individuos sanos. Intuitivamente podríamos imaginar la aparición de una “supermemoria”. Sin embargo, es probable que llegar a obtenerla no sea tan sencillo. Consideremos que el efecto de estos fármacos, aún en vías de desarrollo, podría ser diferente en un cerebro sano y en un cerebro afectado por neurodegeneración, en donde el entorno neuronal se ve profundamente alterado con la aparición de agregados moleculares inexistentes en situaciones normales. En este escenario, es esperable que el uso de fármacos que modulan moléculas cuyo efecto es predominante en el cerebro enfermo no tendría por qué afectar positivamente a las capacidades de memoria de un cerebro saludable que carece de estas dianas.

Todas estas cuestiones han de ser analizadas meticulosamente, incluyendo la reflexión acerca de si es necesario desarrollar una “píldora para la memoria” en un mundo en donde gran parte de nuestros recuerdos se almacenan de manera digital. Tal vez mucha memoria no suponga ya una ventaja pues, como dijo Nietzsche, “la buena memoria es a veces un obstáculo al buen pensamiento”.

* Sandra Jurado Sánchez es investigadora en el Instituto de Neurociencias de Alicante, del CSIC y la Universidad Miguel Hernández. Más sobre su trabajo en: https://www.juradolab.com/

Fármacos inteligentes: un viaje alucinante al interior del cuerpo humano

Pedro SerenaPor Pedro Serena (CSIC)*

¿Alguien recuerda Viaje alucinante, dirigida en 1966 por Richard Fleischer? En esta película, un submarino y su tripulación son miniaturizados para navegar por el interior de una persona y destruir un coágulo formado en su cerebro. Pues bien, los nuevos sistemas de liberación inteligente o dirigida de fármacos son ya una realidad sin necesidad de tener que miniaturizar al personal médico.

Eso sí, a medida que pase el tiempo, estos sistemas se irán haciendo más complejos, sofisticados y versátiles y, quién sabe, puede que sean capaces de convertirse en auténticos nano-robots. Hoy por hoy esto es parte de la ciencia ficción, pero veamos qué fármacos inteligentes están ya disponibles gracias a la nanotecnología. Esta disciplina, al trabajar en una escala sumamente pequeña (un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro), permite la manipulación de los materiales a nivel molecular, cambiando sus propiedades de forma asombrosa.

Nanotubos

Los nanotubos de carbono se usan como vehículos en los fármacos inteligentes. / EMSL

En el ámbito médico, la nanotecnología ha posibilitado la denominada liberación controlada de fármacos, mediante la cual el principio activo que se desea hacer llegar a una región del organismo se une a un dispositivo de tamaño nanométrico que lo dirige al lugar adecuado. Así aumenta su eficacia y se evitan los efectos secundarios en otras partes del cuerpo. Sin embargo, este ‘nanovehículo’ debe cumplir varios requisitos, como ser resistente en los medios biológicos, tener una vida media relativamente elevada y, evidentemente, no ser tóxico.

Cuando funciona, el sofisticado tándem (principio activo del fármaco y vehículo que lo transporta) es capaz de atravesar capilares, poros y membranas celulares. En otras palabras, los fármacos inteligentes funcionan de manera análoga a un misil que rastrea el calor hasta llegar a su objetivo. En este caso el medicamento se mueve por el torrente sanguíneo o el interior de las células hasta llegar a su destino para liberar total o parcialmente su principio activo.

Viaje alucinante

‘Nanovehículo’ de Viaje alucinante / James Vaughan

Para ello se utilizan nanotransportadores como los dendrímeros –moléculas artificiales que encapsulan la medicina– o los nanotubos de carbono –conductos diminutos de láminas de átomos de carbono enrolladas por los que circula el medicamento–. Estos ‘vehículos’ incorporan sustancias, por ejemplo proteínas, que reconocen otras proteínas específicas de la célula o tejido enfermo. En otros casos, si el nanotransportador es magnético puede ser guiado hasta la zona afectada mediante campos magnéticos externos, igual que movemos un clip sobre una superficie de papel con un imán.

Aunque esta estrategia parezca ciencia ficción, en la actualidad ya se comercializan alrededor de 200 fármacos que emplean diversos tipos de vehículos nanométricos para su administración por vía oral, intravenosa, inhalada o tópica. Entre ellos podemos mencionar los liposomas de daunorubicina para el tratamiento de leucemias, los liposomas de doxorubicina para tratar el carcinoma de ovario o las nanopartículas de albúmina con paclitaxel para curar el cáncer de mama.

De cara al futuro hay otras propuestas como las terapias térmicas basadas en las nanopartículas o la medicina regenerativa a partir de nuevos biomateriales. Pero de ello hablaremos en otra ocasión.

 

* Pedro Serena es investigador en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid del CSIC y autor del libro La nanotecnología (Catarata-CSIC).