Nuevas técnicas para el estudio de la maduración del cerebro durante el embarazo

Ilustración del crecimiento cerebral en las últimas semanas de gestación
lunes, 4 de octubre de 2021
  • Investigadores de la UPM y el CIBER-BBN han participado en un estudio internacional que emplea la resonancia magnética para analizar y hacer un seguimiento de la formación de la materia blanca del cerebro durante la gestación.

Conocer el modo en que el cerebro se desarrolla durante la gestación es clave para poder predecir posibles anomalías y enfermedades neurológicas en el feto, así como también para validar la eficacia de los diferentes tratamientos paliativos que pueden aplicarse. Sin embargo, debido a la dificultad para monitorizar el desarrollo de las conexiones entre distintas áreas cerebrales, el conocimiento que se tiene hasta ahora de los procesos de migración celular implicados en la formación del cerebro y de las distintas conexiones neuronales procede fundamentalmente de datos post-mortem.

Con el objetivo de arrojar más luz sobre la formación del cerebro, y más en concreto sobre la  sustancia blanca (aquella que se encuentra en los niveles más profundos o subcorticales), un equipo internacional de científicos entre los que se encuentran investigadores del grupo de investigación en Tecnologías de Imágenes Biomédicas (BIT) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y del CIBER-BBN han aplicado técnicas innovadoras de resonancia magnética fetal para caracterizar el modo en que se produce la formación de las conexiones cerebrales en el segundo y tercer trimestre del embarazo.

El trabajo, que se enmarca dentro del proyecto developing Human Connectome Project (dHCP) del European Research Council ha sido liderado por un grupo de investigadores del King’s College London, conducido por la investigadora Sian Wilson y contó también con la participación del Imperial College London y de la Universidad de Oxford.

“Empleamos técnicas novedosas de imagen por resonancia magnética de difusión multicapa de alta resolución angular para estudiar de forma detallada del desarrollo de la sustancia blanca fetal en vivo, incluyendo los principales tractos o canales de conexión cerebrales implicados en la patofisiología de desórdenes del neurodesarrollo”, explica Lucilio Cordero, investigador de la UPM y uno de los participantes en este trabajo.

Pese a la dificultad de la investigación, los autores se propusieron alcanzar tres objetivos. “Por un lado, queríamos caracterizar la maduración de la microestructura de la sustancia blanca durante el segundo y tercer trimestre de gestación en vivo. Además, nos propusimos validar y extender el análisis estándar usando modelos avanzados de la microestructura de la sustancia blanca. Con todo ello, el objetivo final era determinar patrones normativos de maduración en sujetos nacidos a término para investigar anomalías del desarrollo en sujetos nacidos prematuramente”, asegura Cordero.

Diferencias en el desarrollo que pueden resultar claves

Como resultado de su trabajo, los investigadores hallaron trayectorias de maduración no lineales para los principales biomarcadores usados convencionalmente, sugiriendo la existencia de procesos biológicos complejos y variables regionalmente, lo que convierte a las nuevas técnicas de imagen en una fuente muy detallada de información.  Además, los patrones observados son consistentes con cambios en la configuración celular alrededor de la semana 30 de gestación apuntados previamente por estudios de imagen y mediante histología.

“Estos resultados permiten caracterizar detalladamente el normal desarrollo cerebral y amplían el conocimiento actual sobre este periodo crítico en la conformación de la conectividad en la sustancia blanca, lo que nos da nuevas pistas sobre aquello en lo que debemos fijarnos para predecir posibles malformaciones o fallos neurológicos en el feto”, concluye el investigador del BIT-UPM.

Ejemplos de conexiones en la materia blanca estimadas mediante tractografía probabilística usando las funciones de distribución de orientación de la difusión promediadas sobre sujetos de control escaneados a distintas edades gestacionales. La codificación de colores refleja tractos antero-posteriores (verde), izquierda-derecha (rojo) y cranio-caudales (azul) según la ubicación relativa de sus extremos. Las conexiones se superponen sobre mapas de difusividad media, los cuales permiten observar la formación de la corteza cerebral.

Artículo de referencia

S. Wilson, M. Pietsch, L. Cordero-Grande, A. N. Price, J. Hutter, J. Xiao, L. McCabe, M. A. Rutherford, E. J. Hughes, S. J. Counsell, J.-D. Tournier, T. Arichi, J. V. Hajnal, A. D. Edwards, D. Christiaens, J. O’Muircheartaigh. Development of human white matter pathways in utero over the second and third trimester. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(20):e2023598118, May 2021.