Modelizar la dinámica del cerebro

La hidrocefalia normotensiva (HNT) es una enfermedad neurológica provocada por una acumulación de líquido cefalorraquídeo en el cerebro. El solape de síntomas y de resultados diagnósticos con otras patologías neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer dificulta la diagnosis de esta enfermedad. El desconocimiento de la mecánica intracraneal y la dificultad para obtener medidas precisas dentro del cerebro añaden limitaciones al tratamiento.

Para abordar el reto de dilucidar los mecanismos de esta enfermedad, los socios del proyecto financiado por la Unión Europea DINUMA (Development of an integrated numerical model of the intra-cranial space (including the brain parenchyma, blood flow and cerebrospinal fluid) for clinical application) se propusieron desarrollar un modelo numérico multiescala de las dinámicas intracraneales. En este contexto, los investigadores desarrollaron un novedoso modelo estructural de abajo a arriba para el parénquima cerebral y un método a múltiples escalas para los flujos ventriculares del LCR. Los estudios sobre las dinámicas de la presión intracraneal en la salud y en la enfermedad demuestran cómo una mejor comprensión de las dinámicas del parénquima y del LCR puede mejorar el diagnóstico clínico.

El modelo estructural de abajo a arriba se basa en la microestructura y en las microdeformaciones tisulares para reconstruir la interacción global entre el parénquima y su entorno. A pesar de las propiedades elástica de las células subyacentes, la demora en el tiempo necesario para que el fluido extracelular se reequilibre a través de la matriz celular confiere viscoelasticidad y propiedades dependientes de la tasa de deformación al tejido cerebral, una observación que ha sido refutada experimentalmente. Es más, bajo una carga constante, el cerebro se deforma progresivamente conforme el fluido se filtra al espacio extracelular, una observación que podría tener implicaciones para la patogénesis de la HNT.

Las simulaciones de la dinámica del LCR a diferentes escalas demostraron que, aunque la dinámica de la pared y las pulsaciones del plexo coroideo afectan a la dinámica del LCR en las regiones centrales de los ventrículos, las dinámicas de las zonas próximas a la pared y la tensión de cizalla de la pared estaban controladas por las pulsaciones de los cilios de las células ependimarias. Esto corroboró que las dinámicas intracraneales son el resultado de complejas respuestas a nivel celular.

Desde el punto de vista clínico, la resistencia del flujo de salida del LCR es empleado como una medida de las dinámicas intracraneales en pacientes con HNT. El procedimiento entraña una prueba de infusión y el cálculo de la resistencia del flujo de salida de LCR empleando una aproximación que no siempre es satisfactoria. Los resultados preliminares in vitro demostraron una mejora significativa de estos cálculos cuando se tienen en cuenta las propiedades viscoelásticas del cerebro, conforme a lo predicho por el modelo desarrollado por el proyecto DINUMA. Este hecho, refuerza la gran importancia clínica de la estimación precisa de las dinámicas intracraneales.