Un enfoque visual para inducir dolicoectasia en ratones para modelar la disfunción cerebrovascular mediada por grandes vasos

Las células endoteliales microvasculares que recubren los capilares cerebrales son los principales componentes para formar la barrera hematoencefálica (BBB)¹, que desempeña un papel crucial en la regulación de lo que entra o sale de la circulación cerebral con la periferia. Los nutrientes esenciales necesarios para el tejido nervioso pueden entrar en la BBB, mientras que algunos aminoácidos esenciales como el glutamato son expulsados del cerebro, ya que las altas concentraciones pueden causar un daño neuroexcitatorio permanente en^{el tejido cerebral}. En condiciones fisiológicas normales, la BHE limita la cantidad de proteínas plasmáticas como la albúmina ^3,4 y la protrombina para que no entren en el cerebro, ya que pueden tener efectos perjudiciales ^5,6,7. Por último, la BHE protege al cerebro de las neurotoxinas que circulan en la periferia, como los xenobióticos procedentes de los alimentos o del medio ambiente¹. En general, el daño a los tejidos cerebrales es irreversible, y el envejecimiento que se correlaciona con bajos niveles de neurogénesis⁸ destaca la importancia de la BHE para proteger y prevenir que cualquier factor acelere el proceso neurodegenerativo.

En la dolicoectasia (o dilatación de grandes vasos sanguíneos), se observa una disminución de la elasticidad de los vasos, lo que da lugar a que los vasos sufran cambios morfológicos, lo que los hace disfuncionales⁹ y conduce a una reducción del flujo sanguíneo en el cerebro. Esta reducción en el flujo sanguíneo disminuye posteriormente el suministro de oxígeno y glucosa, lo que en última instancia desencadena daños en la BHE a través de la activación de astrocitos reactivos¹⁰. Cuando la lámina de elastina interna de los vasos está dañada por la dolicoectasia¹¹, es necesaria la estimulación repetida del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) para la angiogénesis. Esto puede conducir a la formación de vasos permeables y, en última instancia, resultar en una angiogénesis patológica, caracterizada por el desarrollo de vasos defectuosos¹². Durante la angiogénesis patológica, cuando los vasos sanguíneos se vuelven defectuosos, un mecanismo compensatorio parece restaurar la integridad de los vasos mediante la regulación positiva de las proteínas de unión estrecha. Sin embargo, este proceso puede alterar inadvertidamente la BHE cuando se pierde la integridad estructural de un vaso sanguíneo¹³. Esto puede ocurrir a través de una mayor alteración de la BHE y la promoción de la producción de placa amiloide¹⁴. Además, la fuga desde la periferia puede causar neuroinflamación¹⁵, lo que resulta en degeneración neuronal y posterior pérdida de memoria.

Estructuralmente, la protección que proporciona la BHE es a través de las uniones estrechas que impiden que los agentes xenobióticos de la sangre entren en el cerebro. Al permitir que ciertas sustancias ingresen al cerebro, la BHE lo hace principalmente a través de dos procesos principales, difusión pasiva o canales específicos (como canales iónicos y transportadores)¹. En la EA, las investigaciones han demostrado que un sistema vascular disfuncional juega un papel importante en la progresión de la enfermedad^12,13. La formación de placas de beta-amiloide (Aβ) y la neurodegeneración pueden ser el resultado de la descomposición de la BHE^12,13 y de alteraciones en el flujo sanguíneo cerebral¹⁶. Se puede observar una reducción en el flujo sanguíneo cerebral en individuos ancianos diagnosticados con demencia vascular y EA^17,18. El daño a la barrera hematoencefálica (BBB) junto con un flujo sanguíneo cerebral (CBF) disfuncional puede contribuir al aumento de la concentración de Aβ en el cerebro, acompañado de la infiltración de materiales extraños de la circulación periférica¹⁹.

Para investigar la patogénesis de enfermedades neurológicas como la EA y la demencia vascular (DV), se desarrollan modelos para replicar la enfermedad. Los modelos in vitro se utilizan ampliamente, pero carecen del entorno biológico para el modelado extensivo de enfermedades como la población de células mixtas, por lo que se requiere la importancia de los modelos in vivo. Los ratones se usan comúnmente debido a su facilidad de manipulación genética para generar propiedades similares a las humanas (por ejemplo, patología) en enfermedades. Con el progreso que se ha logrado hasta ahora, todavía existe una necesidad continua de modelos mejorados para emular fenotipos de enfermedades como la dilatación de vasos grandes y su papel en la EA. Para ello, vimos una oportunidad y modificamos una técnica que implicaba la inyección de elastasa en la Cisterna magna de ratones^20,21. La elastasa es una enzima que se ha demostrado que descompone la elastina en el tejido conectivo²² y en las uniones estrechas circundantes²³. La Cisterna magna fue elegida como punto de inyección debido a que se encuentra directamente sobre el círculo de Willis, el vaso sanguíneo más grande del cerebro. Al inyectar elastasa en la Cisterna magna, podemos comprometer la BHE y los vasos sanguíneos rompiendo las uniones estrechas e induciendo la dilatación de los vasos sanguíneos (círculo de Willis)^24,25. La combinación de esta técnica con el uso de un modelo de patología en ratones con EA, para mejorar la comprensión de la patogénesis del componente vascular de la EA, puede proporcionar información valiosa sobre las complejas interacciones e influencias entre estas dos patologías distintas.

Estudios previos han demostrado casos en los que los pacientes muestran tanto las características patológicas de la EA como de la VaD, una condición típicamente conocida como demencia mixta^26,27. Por lo tanto, la comprensión de los mecanismos interconectados entre ambas afecciones puede ofrecer una perspectiva más completa sobre la progresión y manifestación de estos trastornos neurodegenerativos, mejora nuestra comprensión de los mecanismos subyacentes y las posibles estrategias terapéuticas. Para ello, demostramos la aplicación de elastasa en un modelo murino de patología de EA (App^NL-F) para identificar cambios vasculares.