Innovación
Se trata de las mitocondrias sinápticas, estructura fundamental para la actividad de las neuronas porque se ubican en las zonas de comunicación neuronal o sinapsis, las que juegan un rol importante en la funcionalidad del hipocampo, región del cerebro que media los procesos de aprendizaje y memoria.
Un review publicado por la revista científica Ageing Research Reviews expuso los hallazgos obtenidos por la investigadora chilena Cheril Tapia, del Centro Basal Ciencia & Vida, de la Universidad San Sebastián, durante los últimos seis años. Uno de ellos aborda el potencial antioxidante de la cúrcuma para atenuar el declive cognitivo durante el envejecimiento.
Estos estudios se enfocan en el rol de las mitocondrias sinápticas, un organelo celular esencial para la comunicación de las células cerebrales ya que se localizan en las regiones sinápticas de las neuronas, donde aportan energía, regulan las fluctuaciones de calcio luego de cambios en la actividad sináptica y sirven como señalizadores celulares, además de tener un papel clave en el deterioro de la memoria en el envejecimiento, lo que abre la puerta a potenciales blancos terapéuticos.
Entre los hallazgos de este laboratorio destaca un estudio publicado en la revista International Journal of Molecular Science en 2023, que reveló que durante el proceso de envejecimiento se acumulan mitocondrias dañadas en el hipocampo, las cuales no pueden producir energía de manera eficiente, generan gran cantidad de especies que causan daño oxidativo y son incapaces de manejar adecuadamente un incremento en los niveles de calcio, lo que podría contribuir al deterioro que ocurre en el envejecimiento.
Sin embargo, el escenario es más complejo ya que las neuronas, debido a una particular morfología asimétrica, presentan al menos dos poblaciones de mitocondrias, las mitocondrias sinápticas, ubicadas en la sinapsis; y las no sinápticas, que se distribuyen por el cuerpo y otros compartimentos neuronales.
Otro de los hallazgos de interés es que las mitocondrias de la sinapsis son más vulnerables a daño y fallan antes que las mitocondrias no sinápticas en el hipocampo de modelos envejecidos, aumentando la producción de especies reactivas de oxígeno que generan daño oxidativo en la sinapsis, aportando menor energía para los procesos sinápticos y manejando de manera ineficiente las variaciones de calcio luego de la comunicación neuronal; alteraciones que se asocian directamente con el grado de deterioro cognitivo que manifiesta el individuo.
En este contexto, una molécula llamada curcumina, que es consumida de forma masiva como antioxidante y que está presente en el aditivo de origen indio cúrcuma, promueve una mejora en la función de las mitocondrias ubicadas en sitios de contacto neuronal, con un positivo impacto a nivel de la memoria en los modelos testeados.
La publicación en la revista Ageing Research Reviews resume este y otros hitos del equipo liderado por la académica nacional, que es uno de los pocos en el mundo que sigue esta línea de trabajo enfocada en las mitocondrias de la sinapsis. El objetivo de Tapia es estudiar las diferencias estructurales y funcionales que presentan las mitocondrias sinápticas con respecto a las mitocondrias no sinápticas, así como los factores que podrían hacer a las mitocondrias de las sinápticas más sensibles.
“Las mitocondrias sinápticas desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la función neuronal. Su correcto funcionamiento es esencial para lo que conocemos como plasticidad sináptica, necesaria para que las neuronas transmitan mensajes y sostengan una alta actividad neuronal en el tiempo, lo que genera diversos procesos cognitivos”, señala la investigadora.
La plasticidad sináptica es un concepto importante en esta dinámica, ya que explica la capacidad del sistema nervioso de adaptar su estructura y funcionamiento a lo largo de la vida. Este proceso ocurre cuando cambia el número o la intensidad de las conexiones sinápticas, y es fundamental para el aprendizaje y la memoria. Se produce a través de la potenciación a largo plazo, que es el principal mecanismo de plasticidad y permite generar memoria.
Además de crear energía, las mitocondrias fabrican moléculas que actúan como señales celulares, aunque algunas, como las especies reactivas de oxígeno, pueden ser dañinas. “Con el envejecimiento, la mayoría de los procesos mitocondriales se ven comprometidos, lo que lleva a que las mitocondrias sinápticas sean más vulnerables, estén más dañadas y tengan un menor recambio”, explicó la científica.
“Este artículo de revisión resume el trabajo que hemos venido haciendo durante seis años en esta línea de investigación, además de integrar las publicaciones más recientes del equipo. Hemos revisado toda la literatura referente a este tema, discutimos cómo las mitocondrias son transportadas a la región sináptica y cómo es el proceso de eliminación o recambio cuando están dañadas”, puntualizó la Dra. Tapia.
El envejecimiento es un proceso biológico multifactorial que se caracteriza por la acumulación progresiva de daño molecular y celular. En el cerebro, el hipocampo sufre un deterioro funcional con la edad, causado por déficits celulares, disminución de la comunicación sináptica y muerte neuronal, lo que en última instancia conduce a un deterioro de la memoria.
De acuerdo con el reporte, uno de los factores que contribuyen a esta disfunción es la falla mitocondrial, lo que eventualmente podría convertir a este organelo en un blanco terapéutico de interés para prevenir o revertir condiciones relacionadas con el envejecimiento, incluso en contextos no patológicos. En este escenario, preservar la funcionalidad de las mitocondrias de la sinapsis parece ser crucial.
En un estudio publicado en 2020, el equipo evidenció cómo las fallas mitocondriales contribuyen al deterioro cognitivo en modelos envejecidos. Al año siguiente, avanzaron en el entendimiento de la falla de las mitocondrias sinápticas, identificando la presencia de una proteína anómala en el interior de este organelo, lo que podría ser clave en su vulnerabilidad.
“Cuando hablamos de la vulnerabilidad de las mitocondrias de la sinapsis, esto se sustenta en que, al ser desafiadas a ciertos estímulos, que pueden ser estresantes o nocivos, estas mitocondrias en lugar de responder positivamente tienden a perder rápidamente su función”, acota la también académica, quien evidencia el potencial de este organoide para convertirse en un blanco terapéutico durante el envejecimiento.
El equipo también exploró posibles aproximaciones terapéuticas, incluyendo antioxidantes. En el mismo artículo del año 2020, Tapia y su equipo indagaron la capacidad de un “potente antioxidante, con potencial impacto en la mitocondria”, ya que esta molécula mejora considerablemente sus funciones. Se llama curcumina y es un extracto de la cúrcuma, un aditivo de origen indio y que proviene de una planta perenne de la familia del jengibre. La investigadora recalca que, al mejorar la función mitocondrial, como consecuencia se observa una optimización de los procesos asociados a la memoria.
“Una proyección de este trabajo, y hacia dónde nosotros queremos apuntar, es que si mantenemos la funcionalidad de las mitocondrias sinápticas podría haber un menor deterioro de la memoria”, señala la investigadora, quien destaca que los estudios han contribuido a describir de forma acabada alteraciones y funciones que se ven afectadas por las deficiencias en estas estructuras neuronales.
Estudios recientes también han sugerido que una sobrecarga de la función mitocondrial puede agravar o exacerbar su deterioro. Esto es aún más crítico debido a la alta actividad neuronal a la que están expuestas, por lo que reducir su capacidad de trabajo en márgenes saludables podría ser beneficioso.
“Es un hallazgo sorprendente el hecho de que inhibir parcialmente la función de las mitocondrias reduzca alteraciones, por ejemplo, asociadas con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer. En analogía con un aparato doméstico, si limitamos el uso a un 80% de su capacidad, podríamos prolongar su vida útil y así mantener una mayor función neuronal por más tiempo”, plantea la académica.
El grupo de investigadores expone la relevancia de sus estudios también a nivel social: mejorar la comprensión de las causas del envejecimiento será fundamental en el diseño de políticas públicas más efectivas y en estrategias preventivas a nivel sanitario durante las próximas décadas.
“Es importante que podamos visibilizar que el deterioro cognitivo existe en individuos de avanzada edad y que no solo se relaciona con condiciones patológicas, ya que puede producirse incluso en ausencia de demencia. Hay un número elevado de personas que no padecen enfermedades neurodegenerativas, como Parkinson o Alzheimer, y comienzan a perder la memoria, llegando a un escenario de deterioro cognitivo leve o moderado. Es relevante tener esto en cuenta, y nos interesa poner esto sobre la mesa, que existen otras formas de prevenir o atenuar esas alteraciones, por ejemplo, preservando un correcto funcionamiento mitocondrial”, subraya la científica nacional.
A nivel global, la esperanza de vida media pasó de 66,5 años en 2000 a 72 en 2016 (74,2 años en las mujeres y 69,8 en los hombres), de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS). La entidad ha advertido en la necesidad de prestar una mayor atención a las diferencias de género en la elaboración de políticas sanitarias. En Chile, la cifra bordea los 80 años y la población femenina alcanza los 85 años (cinco más que la masculina).
Pero las proyecciones son aún mucho más desafiantes: para el año 2050, los adultos mayores representarán casi un tercio de la población nacional y las mujeres podrían vivir hasta los 87 años (y los hombres hasta los 84). Como referencia, al año 1992, las personas que superaban los 60 años eran solo el 9,5 por ciento de los habitantes de nuestro país.
“Este cambio poblacional resalta la necesidad urgente de estrategias preventivas y políticas que promuevan un envejecimiento saludable, considerando las diferencias de género en el impacto del envejecimiento y las oportunidades para mitigar sus efectos”, concluyó Cheril Tapia.
