Los dientes de leche que llegan al laboratorio de los investigadores del proyecto “El hada de los dientes”, en la Universidad de São Paulo (USP), están ayudando a conocer mejor las alteraciones que pueden ocurrir en el cerebro en algunas formas de autismo, un conjunto de trastornos de origen neurológico que se manifiestan en la infancia y que pueden dañar, en mayor o menor grado, las capacidades cognitivas, de comunicación y de interacción social, además de la habilidad motora. Con causas aún poco conocidas, el autismo –o trastornos del espectro del autismo, tal como prefieren denominarlo los especialistas– incluye cuadros tan variados como el autismo clásico, signado por dificultades severas con el lenguaje y la interacción social, o el síndrome de Asperger, en el cual la inteligencia es normal o superior a la media y la adquisición del lenguaje se produce sin problemas, siendo comunes los gestos repetitivos y la falta de control en los movimientos delicados. Estos trastornos afectan a alrededor del 1% de los niños en Inglaterra y en Estados Unidos –no existen estudios minuciosos de su incidencia en Brasil– y son cuatro veces más frecuentes entre los niños que entre las niñas.
A partir de los dientes de leche donados por niños con y sin autismo, los grupos que lideran los neurocientíficos brasileños Patricia Beltrão Braga, de la USP, y Alysson R. Muotri, de la Universidad de California en San Diego, Estados Unidos, confirmaron que una inflamación de las células cerebrales denominadas astrocitos podría estar asociada con el desarrollo de una forma grave de ese trastorno. Y lo que es todavía más importante: al menos en laboratorio, el control de la inflamación en los astrocitos revirtió las alteraciones que la misma provoca en las neuronas, las células responsables de la transmisión y almacenamiento de informaciones en el cerebro y que son más inmaduras en esa forma de autismo.
Como la extracción de células del cerebro de los niños sería algo riesgoso y antiético, los científicos apelaron a una alternativa ingeniosa para recrearlas en laboratorio. Recuperaron algunas células del interior de los dientes que se caen naturalmente en la infancia y emplearon compuestos químicos para inducir su retorno a un estado más versátil, a partir del cual podrían generar otros tipos de células. A continuación, les agregaron compuestos que las estimularon para transformarse en células cerebrales.
Durante el desarrollo de su doctorado, con la dirección de Braga y Muotri, la bióloga Fabiele Russo obtuvo neuronas y astrocitos a partir de los dientes de leche de tres niños brasileños. Ellos habían sido atendidos por uno de los principales expertos del país en autismo –el psiquiatra infantil Marcos Mercadante, de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), quien falleció en 2011– y presentaban una forma grave del problema. Tenían dificultades para aprender tareas y asimilar informaciones, así como para relacionarse. También hablaban poco y ejecutaban movimientos repetitivos.
Las neuronas generadas a partir de las células de los dientes de esos niños eran más inmaduras y menos complejas. Presentaban menos ramificaciones y realizaban menos conexiones con otras neuronas que las obtenidas a partir del diente de chicos sin autismo. Además, eran menos activas (emitían menor cantidad de pulsos eléctricos) que las de los nenes del grupo de control. “Las alteraciones en la forma y en el funcionamiento de las neuronas pueden perjudicar el desarrollo y la actividad de los circuitos cerebrales”, recuerda Russo.
Fabiele Russo/Laboratorio de células madre y configuración de enfermedades/ USP
Con forma de estrella, el astrocito controla el desarrollo de las neuronas y regula la concentración de neurotransmisoresFabiele Russo/Laboratorio de células madre y configuración de enfermedades/ USPLa influencia de los astrocitos
Según los resultados de los experimentos, que se publicaron en el mes de octubre de 2017 en la revista Biological Psychiatry, pareciera que una inflamación sería la causa de la alteración en la forma y funcionamiento de las neuronas. Las evidencias de la inflamación provienen del análisis de los astrocitos. Estas células con forma de estrella son mucho más que un mero relleno del espacio entre las neuronas. Hoy en día, se sabe que los astrocitos controlan la formación de ramificaciones de las neuronas y regulan la concentración de compuestos, tales como los neurotransmisores, responsables de la comunicación química entre las células cerebrales.
Russo notó que los astrocitos generados a partir de células de niños con autismo producían una cantidad mayor de una molécula inflamatoria: la interleucina 6 (IL-6). Análisis previos, efectuados con tejido cerebral post mortem, ya habían asociado los niveles elevados de IL-6 con el autismo, pero no permitieron saber si las altas concentraciones de esa molécula eran la causa o una consecuencia del problema. Los investigadores de la USP y de California obtuvieron indicios de que la inflamación antecede al autismo en una secuencia de experimentos donde se cultivaron neuronas con astrocitos con y sin síntomas de inflamación.
Las neuronas sanas que se desarrollaron en un mismo recipiente con astrocitos inflamados presentaron menos ramificaciones y conexiones, tornándose menos activas. Y ocurrió lo opuesto cuando las neuronas extraídas de dientes de niños con autismo se colocaban durante algunos días junto a astrocitos de los niños sin ese problema: en compañía de astrocitos sanos, las neuronas desarrollaron más ramificaciones y conexiones con otras células (observe la página de al lado). Lo mismo pudo observarse al agregarle al cultivo de neuronas de personas con autismo un anticuerpo que bloquea la actividad de la IL-6.
“Esas alteraciones nos inducen a pensar que algunas formas de autismo tendrían su origen en un problema en los astrocitos, y no en las neuronas”, relata Braga, coordinadora de la articulación brasileña del proyecto internacional “El hada de los dientes”, así denominado en alusión al personaje de la tradición popular de algunos países que recompensa a los niños por el diente de leche recién caído que dejan bajo la almohada. En caso de que otros estudios confirmen la influencia de esa neuroinflamación en ciertas formas de autismo, tal vez, en el futuro, sería posible desarrollar un tratamiento farmacológico para ese trastorno.
Las terapias actuales se basan en un acompañamiento psicoterapéutico para estimular la interacción con otras personas y permitir una vida más independiente, además del uso de medicación para combatir los problemas secundarios, tales como la dificultad para dormir o para concentrarse. “Si en un futuro fuera posible revertir esas alteraciones celulares en el cerebro de un niño en desarrollo, acaso sería viable atenuar las manifestaciones del autismo”, dice la neurocientífica.
El trayecto será largo. “A pesar de que funciona bien in vitro, el tratamiento que inhibe la IL-6 en los seres humanos debe estudiarse cuidadosamente, ya que se ha informado que podría agravar la inflamación de las neuronas”, advierte Muotri, padre de un chico con autismo y, junto a Braga y otros colaboradores, cofundador de Tismoo, una empresa brasileña de biotecnología, que cuenta con una sucursal en Estados Unidos, y realiza análisis genómicos en busca de las causas y terapias posibles para el autismo y otros trastornos neurológicos de origen genético. En un ensayo clínico reciente en el cual se evaluó un compuesto para bloquear la acción de la IL-6 en pacientes con un trastorno degenerativo que afecta al nervio óptico y la médula espinal, una mujer que fue tratada desarrolló un cuadro más grave, informaron los investigadores en un artículo publicado en 2016 en la revista Multiple Sclerosis.
Hace algunos años, Muotri había verificado que las neuronas generadas a partir de la reprogramación de células de la piel de niños con síndrome de Rett –un trastorno similar al autismo, pero que sólo afecta a las niñas– también eran inmaduras y presentaban menos conexiones. En laboratorio, dicho efecto pudo revertirse al aplicar sobre las células el antibiótico denominado gentamicina o el factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF-1). El problema, según pudo comprobarse más tarde, radica en que el primero es relativamente tóxico y el segundo no llega al cerebro en niveles adecuados.
El reto del diagnóstico
Aunque se esté lejos de comprender las causas del autismo (ya se asociaron 800 alteraciones en genes con este trastorno), la reprogramación celular y los análisis genéticos tal vez puedan ser de ayuda en el diagnóstico, que no siempre es algo sencillo y podría retrasarse. La detección del autismo la realiza un psiquiatra o un neurólogo muy capacitado, que examina al niño y evalúa su historial de vida en busca de síntomas de retraso en el desarrollo y en la capacidad de interactuar socialmente. Los síntomas pueden aparecer pronto, durante los primeros meses de vida, y es importante que el diagnóstico sea precoz. Ocurre que el cerebro se desarrolla con mayor rapidez en los primeros años posteriores al nacimiento, una etapa en la que el niño empieza a adquirir el lenguaje y a interactuar con adultos y otros niños.
Sin embargo, por lo general, el diagnóstico suele demorarse. Algunos expertos estiman que, normalmente, la confirmación del autismo se produce alrededor de los 3 años de edad. En Brasil, es probable que dicha identificación tarde aún más. En una entrevista concedida a Pesquisa FAPESP en 2011, Mercadante, de la Unifesp, calculaba que eso recién ocurriría alrededor de los 5 ó 6 años, cuando el deterioro de la sociabilidad ya es más difícil de mitigar.
Con el objetivo de identificar las razones de esa demora, investigadores de la Clínica de Cognición Social de la Unifesp y de la Universidad Presbiteriana Mackenzie realizaron entrevistas minuciosas a 19 madres paulistas de niños con diagnóstico de autismo. La mayoría de ellas (un 68%) notó que había algo anormal en el desarrollo del hijo antes de que el niño cumpliera los 2 años de vida: no respondía cuando lo llamaban por su nombre, no hacía contacto visual o no hablaba. Al percatarse del problema, casi todas las mujeres (un 79%) buscaron ayuda médica en el transcurso de los tres meses siguientes. Con todo, el diagnóstico recién pudo confirmarse, en promedio, tres años después de la sospecha inicial (y en algunos casos demoró ocho años). Estos resultados, que fueron presentados en un artículo publicado en octubre de 2017 en la Revista Brasileira de Psiquiatria, representan solamente una parte de un estudio mayor, efectuado con 250 familias de personas con autismo.
Una de las razones del retraso en el diagnóstico sería, por lo tanto, la falta de preparación o desinformación del médico. “La mayoría de esas madres (un 84%), mencionó primero al pediatra sus preocupaciones al respecto del comportamiento atípico de su hijo, pero las respuestas fueron cosas tales como ‘no hay que comparar a los niños entre sí’, ‘los nenes se desarrollan con mayor lentitud que las nenas’, ‘los niños son más nerviosos’”, relata Sabrina Ribeiro, psicóloga de la Clínica de Cognición Social de la Unifesp y autora principal del estudio. “Sin embargo, más de la mitad de ellas desestimó manifestar sus preocupaciones nuevamente”, reporta la investigadora, quien años atrás, bajo la dirección de Mercadante, llevó a cabo en Atibaia, una localidad del interior de São Paulo, el mayor estudio de incidencia del autismo entre los niños brasileños. En dicho estudio, 4 de los 1.470 niños (un 0,3% del total) tenían autismo. “Identificarlo lo más pronto posible resulta esencial para un tratamiento precoz”.
Aprendizaje de máquins
En Porto Alegre, un equipo de la Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul (PUC-RS), al mando del neurocientífico Augusto Buchweitz y del científico de la computación Felipe Meneguzzi, viene valiéndose de una herramienta informática denominada aprendizaje de máquinas para crear una secuencia de procedimientos autónomos (un algoritmo) que intenta distinguir a una persona con autismo de otra que no padece ese trastorno, a partir del análisis de imágenes del cerebro en funcionamiento. El grupo ideó un algoritmo clasificado como deep learning, que aprende a realizar esa diferenciación de manera autónoma, sin necesidad de pistas que aporten los investigadores. Esta estrategia alcanza un alto nivel de aciertos en condiciones particulares y su objetivo no es sustituir el diagnóstico clínico.
El equipo de trabajo de la PUC empleó el algoritmo para analizar alrededor de 3.500 imágenes del cerebro de 1.035 individuos (con y sin autismo por partes iguales) de diferentes regiones de Estados Unidos, almacenadas en el banco de datos del proyecto Autism Imaging Data Exchange. De acuerdo con lo que ya había podido observarse en análisis previos, efectuados con una cifra menor de participantes, hay un asincronismo entre el funcionamiento de ciertas áreas del sector frontal y el de algunas zonas de la región posterior del cerebro en las personas con autismo, y por lo visto en la gente sin autismo, esas áreas se encuentran en mayor sincronía. Según los resultados del estudio, que fue publicado en forma online en el mes de agosto en la revista NeuroImage: Clinical, el algoritmo del grupo de la PUC identificó correctamente el 70% de los casos de autismo.
“Se trata del más alto índice de acierto que se haya obtenido a partir del análisis de una muestra numerosa y heterogénea”, comenta Buchweitz, coordinador de investigación en resonancia magnética funcional en el Instituto del Cerebro de la PUC-RS. En estudios anteriores se obtuvieron índices mayores, cercanos al 100%, pero estos se habían efectuado con algunas decenas de casos y empleaban algoritmos que requieren de la supervisión de sus autores para aprender a clasificar las imágenes. “La precisión disminuye radicalmente en grupos mayores y con imágenes obtenidas en diferentes centros”, consignaron los investigadores en el artículo.
No obstante, este resultado alentador no significa que los análisis por computadora estén disponibles tan pronto para el diagnóstico usual. “Nuestra meta no es la sustitución del diagnóstico clínico, que, en efecto, funciona”, comenta Buchweitz. Una de las razones radica en que el poder predictivo del algoritmo sólo es alto en los casos en que la mitad de los participantes tienen autismo y la otra mitad no, como fue el caso del banco de datos que se utilizó para el análisis inicial. Eso está lejos de lo que ocurre cabalmente entre la población real, donde la frecuencia del problema oscila alrededor del 1%. “En esas condiciones, la tasa de acierto real del algoritmo cae hasta alrededor del 4%, afirma el neurocientífico. “Nuestro algoritmo acaso pueda ayudar en la identificación de los casos más difíciles, donde el examen clínico no es concluyente, ya que el mismo podría indicar cuánta similitud presenta el funcionamiento del cerebro del paciente con el de una persona con autismo”.
Proyecto
Desarrollo de células pluripotentes inducidas en pacientes con trastorno autista (nº 11/20683-0); Modalidad Beca de Doctorado; Investigadora responsable Patricia Cristina Baleeiro Beltrão Braga (USP); Becaria Fabiele Baldino Russo; Inversión R$ 73.006,05
Artículos científicos
HEINSFELD, A. et al. Identification of autism spectrum disorder using deep learning and the ABIDE dataset. NeuroImage: Clinical. Online. 30 ago. 2017.
RUSSO, F. et al. Modeling the interplay between neurons and astrocytes in autism using human induced pluripotent stem cells. Biological Psychiatry. oct. 2017.
RIBEIRO, S. et al. Barriers to early identification of autism in Brazil. Revista Brasileira de Psiquiatria. oct. 2017.
