El protector del cerebro: la barrera hematoencefálica

El cerebro necesita protección porque es el “jefe de mandos” de tu organismo, y la barrera hematoencefálica cumple esta misión. El cerebro es el único órgano conocido que tiene su propio sistema de seguridad, una red de vasos sanguíneos que permite la entrada de nutrientes esenciales al tiempo que bloquea otras sustancias. Desafortunadamente, esta barrera es tan efectiva para proteger contra el paso de sustancias extrañas que a menudo evita que los medicamentos que salvan vidas puedan reparar el cerebro lesionado o enfermo.

Existen estudios que están buscando formas para engañar a esta barrera protectora y que de esta manera se puedan administrar los medicamentos necesarios a las personas enfermas.

Qué es

La evolución ha hecho muchos esfuerzos para proteger al cerebro de cualquier daño externo. El cráneo tiene 7mm de grosor pero el cerebro también está rodeado por un fluido protector (cerebroespinal, cerebro y columna vertebral) y una membrana protectora llamada meninges. Ambos proporcionan una mayor defensa contra las lesiones físicas.

Otro elemento protector es la barrera hematoencefálica. Como su nombre indica, esta es una barrera entre los vasos sanguíneos del cerebro (capilares) y las células y otros componentes que forman el tejido cerebral. Mientras que el cráneo, las meninges y el líquido cefalorraquídeo protegen contra los daños físicos, la barrera hematoencefálica proporciona una defensa contra los agentes patógenos y toxinas que pueden estar presentes en nuestra sangre.

Cómo se descubrió

La barrera hematoencefálica se descubrió a finales del siglo XIX, cuando el médico alemán Paul Ehrlich inyectó un tinte en el torrente sanguíneo de un ratón. Para su sorpresa, el tinte se infiltró en todos los tejidos excepto el cerebro y la médula espinal. En un experimento de seguimiento en 1913, uno de los estudiantes de Ehrlich inyectó el mismo tinte directamente en el cerebro de los ratones. Esta vez, los cerebros se volvieron azules, mientras que los otros órganos no lo hicieron.

Aunque estos experimentos sugirieron una barrera física entre el cerebro y el torrente sanguíneo, no se pudo detectar tal barrera con los instrumentos de la época. Si bien esto demostró que existía una barrera entre el cerebro y la sangre, no fue hasta que los investigadores de la década de 1960 pudieron usar microscopios lo suficientemente potentes para determinar la capa física de la barrera hematoencefálica.

Cómo funciona

Ahora se sabe que la estructura clave de la barrera hematoencefálica que ofrece una barrera es la «unión estrecha endotelial». Las células endoteliales recubren el interior de todos los vasos sanguíneos. En los capilares que forman la barrera hematoencefálica, las células endoteliales se encajan extremadamente cerca unas de otras, formando las llamadas uniones estrechas.

En otras palabras y para entederlo mejor, los vasos sanguíneos del cerebro están recubiertos por células endoteliales, que sirven de interfaz entre la sangre circulante y la pared vascular. Sin embargo, a diferencia de otros vasos sanguíneos en el cuerpo, las células endoteliales en el cerebro están fuertemente encajadas, creando una frontera casi impermeable entre el cerebro y el torrente sanguíneo.

La estrecha brecha permite que solo pequeñas moléculas, moléculas solubles en grasa y algunos gases pasen libremente a través de la pared capilar y hacia el tejido cerebral. Algunas moléculas más grandes, como la glucosa, pueden ingresar a través de las proteínas transportadoras, que actúan como puertas especiales que se abren solo para moléculas particulares.

Alrededor de las células endoteliales del vaso sanguíneo hay otros componentes de la barrera hematoencefálica que no están estrictamente involucrados en impedir que las cosas se transmitan de la sangre al cerebro, pero que se comunican con las células que forman la barrera para cambiar la selectividad del cerebro con la sangre.

¿Por qué la necesitamos?

Como hemos dicho más arriba, el propósito de la barrera hematoencefálica es proteger contra toxinas o patógenos circulantes que podrían causar infecciones cerebrales y, al mismo tiempo, permitir que los nutrientes vitales lleguen al cerebro. Su otra función es ayudar a mantener niveles relativamente constantes de hormonas, nutrientes y agua en el cerebro, fluctuaciones en las cuales podrían interrumpir el ambiente finamente sintonizado.

Entonces, ¿qué sucede si la barrera hematoencefálica se daña o se ve comprometida de alguna manera? Una forma común de que esto ocurra es a través de la infección bacteriana, como en la enfermedad meningocócica. Las bacterias meningocócicas pueden unirse a la pared endotelial, causando que las uniones estrechas se abran ligeramente. Como resultado, la barrera hematoencefálica se vuelve más porosa, lo que permite que las bacterias y otras toxinas infecten el tejido cerebral, lo que puede llevar a la inflamación y, a veces, a la muerte.

También se piensa que la función de la barrera hematoencefálica puede disminuir en otras condiciones. En la esclerosis múltiple, por ejemplo, una barrera hematoencefálica defectuosa permite que los glóbulos blancos se infiltren en el cerebro y ataquen las funciones que envían mensajes de una célula cerebral (neurona) a otra. Esto causa problemas con la forma en que las neuronas se comunican entre sí.

¿Cuándo se debería atravesar?

La barrera hematoencefálica es muy eficaz para evitar que sustancias no deseadas accedan al cerebro, lo que tiene un inconveniente. La gran mayoría de los tratamientos farmacológicos potenciales no cruzan fácilmente la barrera, lo que representa un gran impedimento para el tratamiento de trastornos mentales y neurológicos.

Una posible solución al problema, como apuntábamos al principio, es «engañar» a la barrera hematoencefálica para que permita el paso de la medicación. Este es el llamado enfoque del caballo de Troya, en el cual la medicación se fusiona con una molécula que puede pasar la barrera hematoencefálica a través de una proteína transportadora. Otra manera de hacerlo es abrir temporalmente la barrera mediante el uso de ultrasonidos.

Cómo se puede atravesar

A través de un extenso estudio, los científicos han descubierto que los compuestos que son muy pequeños y/o solubles en grasa, como los antidepresivos, los medicamentos contra la ansiedad, el alcohol, la cocaína y muchas hormonas, pueden pasar a través de las células endoteliales que forman el cerebro de la sangre sin mucho esfuerzo.

En contraste, las moléculas más grandes, como la glucosa o la insulina, deben ser transportadas por las proteínas. Estas proteínas transportadoras, ubicadas en las paredes de los vasos sanguíneos del cerebro, cogen y extraen selectivamente las moléculas deseadas de la sangre al cerebro.

Las células dentro y en cada lado de la barrera hematoencefálica están en comunicación constante sobre qué moléculas dejar pasar y cuándo hacerlo. Por ejemplo, si las células nerviosas en una región del cerebro están trabajando, enviarán una señal a los vasos sanguíneos para que se dilaten, permitiendo que los nutrientes que actúan en las células viajen rápidamente de la sangre a las células nerviosas que lo necesitan.