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Con el tiempo, muy poca comida nos puede dejar con retraso en el crecimiento y la incapacidad de luchar contra las infecciones. Demasiada comida puede llevar a la obesidad, aumentando el riesgo de diabetes, enfermedades cardiovasculares y cáncer. Pero si bien la necesidad de alimentarnos es uno de nuestros procesos biológicos más básicos, las redes de células cerebrales que lo controlan están resultando ser mucho más complejas de lo que imaginamos.

Cada vez más, la evidencia sugiere que las señales nerviosas disparadas desde el mismo grupo de neuronas que nos dicen cuándo está bien comer también nos ayudan a huir del peligro y escapar para alimentarnos otro día. Los científicos creen que una mejor comprensión de cómo se controla este proceso central podría ayudar en el desarrollo de nuevos tratamientos para la obesidad y las afecciones psiquiátricas relacionadas con la ansiedad.

Si bien la visión tradicional puede haber visto la regulación de las emociones y el apetito como dos corrientes separadas del mismo sistema, la evidencia ha ido en aumento en el sentido de que no se puede atacar a uno sin tener un impacto en el otro.

Comportamientos de conmutación

«Para los animales en libertad, sabemos que alimentar es una empresa arriesgada y a menudo peligrosa, y ese siempre ha sido el caso», explica el profesor Dominic Withers, del Instituto de Ciencias Clínicas del Imperial / MRC London Institute of Medical Sciences .

«Sales a comer y también puedes convertirte fácilmente en comida, por lo que debes ser capaz de integrar esa exploración y otros comportamientos asociados con la alimentación, con la capacidad de huir y escapar. Entonces, la capacidad de cambiar repentinamente a un comportamiento defensivo es importante».

Como clínico, los intereses de Withers radican en la obesidad y la diabetes. Pero comprender cómo se controla la urgencia de comer lo ha llevado de vuelta al laboratorio para analizar las bases neurológicas de la alimentación en ratones. Una región del cerebro en particular, el hipotálamo ventromedial (VMH), ha sido un foco de investigación de la obesidad durante décadas.

Este grupo de neuronas, que se encuentra en las profundidades del cerebro dentro del hipotálamo, es conocido por sus conductas relacionadas con la alimentación, el apareamiento y la agresión. Estudios previos han demostrado que cuando el VMH se daña en las ratas, dirigen la mayor parte de su energía hacia la comida o la lucha, lo que lleva a los animales con un aumento de peso masivo y una mayor agresión entre los machos que luchan por las hembras.

Exactamente cómo este grupo de celdas cambia entre la unidad para luchar, huir, aparearse o alimentarse, no ha quedado claro. Pero el trabajo del equipo de Withers ha revelado una interacción compleja entre distintos grupos de células.

Opinión de sintonización fina

Para entender más sobre los trastornos alimenticios en humanos, el equipo Imperial se ha centrado en los roedores, que tienen las mismas redes reguladoras en sus cerebros.

«La gente ha estudiado animales con daños en el VMH y ha visto efectos profundos sobre el peso corporal y la alimentación, pero en realidad no sabían qué circuitos estaban alterando cuando dañaron esta región», explica. «Pero nuestro trabajo proporciona detalles muy discretos y define con precisión qué población de neuronas te está alimentando y haciendo que no comas».

Aumento de peso: el daño a la región VMH del cerebro provoca un aumento de peso masivo en los roedores, Basándose en herramientas de neurociencia de vanguardia, el equipo ha podido observar dentro del cerebro para revelar qué sucede con estas neuronas durante la alimentación, revelando otra capa de control en un subconjunto de células en el VMH.

Los investigadores recurrieron a la optogenética, utilizando ratones con neuronas genéticamente modificadas que pueden ser estimuladas con destellos de luz láser, lo que les permite controlar la actividad de regiones específicas del cerebro con una precisión milimétrica. Haciendo honor al VMH, encontraron una población distinta de células llamadas neuronas SF1, que actúan como un control fino.

En condiciones normales, estas células se llenan de actividad a medida que los animales exploran su entorno, manteniendo un nivel de ansiedad inicial en los animales. Pero cuando los animales se acercan a los alimentos, su comportamiento debe cambiar, para bajar la guardia un poco mientras comen.

Usando cámaras miniatura especializadas montadas en las cabezas de los animales y monitoreando el flujo de iones de calcio dentro y fuera de las células, el equipo pudo registrar la actividad de las neuronas en tiempo real, revelando cambios en la actividad de SF1 cuando los animales se acercan a los alimentos.

Del mismo modo que los ratones bajan la guardia temporalmente para alimentarse, la actividad de las células se atenuó mientras los animales comían, lo que permitió a la VMH cambiar a la «necesidad de alimentarse». Pero la actividad volvió a aumentar una vez que se detuvo la alimentación.

Los hallazgos indican que el SF1 está actuando como guardianes de este cambio, regulando cuidadosamente el comportamiento de los animales.  «En el momento en que sube la actividad en esta región neuronal, el ratón cambia de alimentación a comportamiento defensivo para asegurarse de que sea seguro», explica Paulius Viskaitis, un estudiante de doctorado en el laboratorio de Withers que realizó la mayor parte del trabajo.

«Está bastante claro que SF1 no son autónomos, hablan con muchas regiones cerebrales, así que actúa como un guardián para activar esos otros sistemas», agrega  Viskaitis. «Estos circuitos se vuelven desconcertantemente complejos, en términos de cómo son todo conectado y lo que está permitido y lo que no».

Menos alimentación, ¿más riesgo?

El equipo descubrió que la conducta de alimentación podría verse influenciada por la manipulación de la actividad del SF1 y el aumento de los niveles de ansiedad de los ratones. Al hacer que los ratones estuvieran más ansiosos (a través del aumento de sus niveles de estrés) pudieron ‘activar un interruptor’ de manera efectiva dentro de sus cerebros, apagando el deseo de alimentarse.

Los animales a los que se les administraron drogas para hacer que sus neuronas SF1 dispararan con más frecuencia (por lo que estaban más ansiosos) eran menos propensos a alimentarse y almacenaban menos grasa. En contraste, la supresión de la actividad del SF1 disminuyó la ansiedad e hizo que los ratones coman más y ganen peso.

Curiosamente, la evidencia sugiere que estas células de portero también son sensibles al estado nutricional de los ratones: qué tan bien alimentados están. En los animales que recibieron solo el 80% de su ingesta normal de alimentos, la presión para comer anularía la ansiedad.

Cuando las neuronas SF1 fueron estimuladas con luz, aumentando su actividad, el efecto de evitación se redujo en estos ratones, lo que los llevó a tomar más riesgos para comer.

«Hemos demostrado por primera vez que la actividad en esta pequeña población de células cerebrales cambia agudamente la ingesta de alimentos», dijo Withers; «Eso no se había demostrado antes».

El trabajo es pintar una imagen de redes complejas de clústeres cerebrales, todas las cuales retroalimentan entre sí para regular cuidadosamente la alimentación.

Pero, ¿qué puede decirnos esto sobre nuestra propia salud?

El enlace humano

Según el equipo, más allá del laboratorio, los hallazgos podrían tener implicaciones para los trastornos alimenticios y el estrés humano.

«Existe un reconocimiento de larga data de que la obesidad está asociada con estados de ansiedad alterados y emociones y depresión alteradas, por lo que es un poco de una gallina y un huevo lo que fue primero», dijo Withers. Él describe una «letanía de fracasos» en el camino para desarrollar tratamientos psiquiátricos y medicamentos para la obesidad, muchos abandonados debido a los efectos secundarios.

En 2008, el rimonabant, un medicamento autorizado para el tratamiento de la obesidad, fue retirado del mercado luego de informes de graves efectos psiquiátricos entre los pacientes. De manera similar, se han relacionado varios tratamientos antipsicóticos con el aumento de peso en pacientes, generalmente en los primeros seis meses de tratamiento, y se han informado efectos secundarios relacionados con el peso con antidepresivos comunes y medicamentos contra la ansiedad.

«Los circuitos y transmisores químicos involucrados en la alimentación y las emociones se superponen de manera significativa», explica Withers, «así que esa es una de las razones por las que es tan difícil atacar esas condiciones sin golpear las vías que afectan al otro – es difícil desenredar las drogas psiquiátricas y metabólicas y viceversa.» Añade que fármacos de moléculas pequeñas pueden tener el potencial para desbloquear este, apuntando a los mecanismos de control fino del cerebro, tales como las neuronas SF1, en lugar del enfoque de los fármacos actuales que ponen en la red mucho más amplia para tener un efecto, pero aumenta el riesgo de efectos secundarios no deseados.

El punto de inflexión puede ser la disponibilidad de herramientas de vanguardia para controlar y alterar con precisión la actividad de regiones cerebrales específicas. Ir más allá del modelo simplificado tradicional del cerebro puede ser la clave para superar algunos de los fracasos anteriores, ofreciendo esperanza para los pacientes con afecciones metabólicas y psiquiátricas por igual.

«En este momento solo estamos en las estribaciones de descubrir cómo funciona el cerebro, particularmente los circuitos regulatorios del apetito», agrega. «Pero cuando comienzas a combinar estas nuevas herramientas en el laboratorio, realmente estamos avanzando hacia una revolución en la ciencia del cerebro».

El profesor Dominic Withers es una Cátedra Clínica en Diabetes y Endocrinología en el Instituto de Ciencias Clínicas del Instituto de Ciencias Médicas MRC London Imperial College London. El trabajo en su laboratorio está financiado por el MRC.

Fuente: https://medicalxpress.com

Referencia: Viskaitis P, Irvine EE, Smith MA, et al. Modulation of SF1 neuron activity coordinately regulates both feeding behavior and associated emotional states. Cell Rep 2017;21:3559-3572.