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Un ricercatore che esamina una fiala
di Michael Haederle

Sedare gli tsunami cerebrali

I ricercatori dell'UNM studieranno l'uso della ketamina per bloccare l'ondata di danno neurale

Il neurochirurgo Andrew Carlson e i suoi colleghi presso l'Università del New Mexico hanno collaborato con altre due istituzioni in una sovvenzione triennale per la ricerca del Dipartimento della Difesa statunitense di 3.5 milioni di dollari per esplorare terapie mirate per la diffusione della depolarizzazione cerebrale.

A volte conosciute come "tsunami cerebrali", le depolarizzazioni diffuse sono onde di danno neuronale che si propagano verso l'esterno dal sito di un trauma, aneurisma o ictus, interrompendo temporaneamente l'attività elettrica del cervello. I neuroscienziati si stanno rendendo conto che sono un importante contributo al trauma cranico.

Negli ultimi 10 anni, Carlson e Bill Shuttleworth, PhD, presidente del Dipartimento di Neuroscienze dell'UNM, sono stati in prima linea nella ricerca per comprendere le cause alla base degli tsunami cerebrali e identificare potenziali trattamenti.

Nello studio Improving Neurotrauma by Depolarization Inhibition with Combination Therapy (INDICT), Carlson e collaboratori dell'Università di Cincinnati e dell'Università della Pennsylvania si concentreranno sulla fornitura di cure di precisione con un trattamento mirato degli tsunami cerebrali.

La ricerca si basa sul primo studio pilota di Carlson al mondo che suggerisce che la ketamina, un sedativo ampiamente utilizzato, potrebbe bloccare gli tsunami cerebrali. "È un'entusiasmante continuazione del lavoro che abbiamo svolto qui che ci ha costruito una posizione nazionale con i leader mondiali che hanno svolto questo tipo di ricerca", ha affermato Carlson.

Durante lo studio INDICT, i pazienti dell'Unità di terapia intensiva di neuroscienze dell'ospedale UNM saranno attentamente monitorati utilizzando la raccolta di dati multimodali mentre i medici personalizzano i trattamenti specifici per il loro stato neurologico. Utilizzando un software specializzato, "Possiamo registrare il momento esatto in cui si verificano determinati interventi", afferma Carlson. Tali informazioni consentiranno ai ricercatori di determinare quali trattamenti funzionano meglio per fermare la diffusione delle depolarizzazioni.

Shuttleworth afferma che gli scienziati sospettarono per la prima volta che la ketamina, un farmaco noto per i suoi effetti dissociativi e anestetici, potesse essere un trattamento efficace quando i medici hanno notato che la diffusione della depolarizzazione è stata interrotta dopo che i pazienti con lesioni cerebrali sedati con un anestetico chiamato propofol sono passati alla ketamina.

Nel suo laboratorio Shuttleworth e il suo team hanno studiato i recettori N-metil-D-aspartato (NMDA) sulla superficie dei neuroni, che si legano con un neurotrasmettitore eccitatorio chiamato glutammato. Quando il cervello subisce un trauma o è affamato di ossigeno durante un ictus, i neuroni scaricano il loro glutammato, che si diffonde ai neuroni vicini e interrompe la loro segnalazione elettrochimica in un'onda che si irradia lentamente che inizia a uccidere le cellule cerebrali.

"Questi neuroni stanno lottando per rimanere in vita, ma vengono semplicemente sopraffatti e non riescono a riprendersi", afferma Shuttleworth. Il suo laboratorio ha scoperto che la ketamina agisce legandosi ai recettori NMDA e proteggendo i neuroni dall'onda del glutammato. "La ketamina getta loro un'ancora di salvezza e rende l'insulto meno grave", dice.

I risultati di Shuttleworth "ci hanno davvero aiutato a informarci nello studio che abbiamo pubblicato alcuni anni fa in cui avevamo pazienti molto malati con lesioni cerebrali e sanguinamenti da aneurisma", afferma Carlson. Durante lo studio pilota, i pazienti dell'UNMH Neuro ICU hanno ricevuto dosi alternative di ketamina e altri sedativi. "Nei tempi in cui assumevano ketamina avevano meno tsunami cerebrali rispetto a quando assumevano altri sedativi", dice Carlson.

"Questo è un ottimo esempio di ricerca traslazionale, una ricerca sviluppata in modelli preclinici e in modelli da banco", aggiunge. "Le cose che accadono clinicamente vengono testate in modelli preclinici".

La scoperta potrebbe potenzialmente avere un impatto su altri tipi di lesioni cerebrali, come la commozione cerebrale, dice Carlson.

 

Andrew Carlson, medico
Se avessimo scoperto quel meccanismo fondamentale di come si verificano queste lesioni cerebrali, potremmo fare progressi attraverso molte diverse lesioni neurologiche.
- Andrea Carlson, MD

"È davvero eccitante, perché quando comprendiamo di più sul meccanismo su come funziona la diffusione della depolarizzazione, capiamo che probabilmente è il meccanismo fondamentale di come appaiono le lesioni cerebrali e l'ictus", dice. "Se avessimo scoperto quel meccanismo fondamentale su come si verificano queste lesioni cerebrali, potremmo fare progressi attraverso molte diverse lesioni neurologiche".

Lo studio INDICT è stato concepito come una collaborazione tra Carlson, Jed Hartings presso l'Università di Cincinnati e Ramani Balu presso l'Università della Pennsylvania. Ogni ricercatore porta una prospettiva unica al disegno dello studio, Carlson come neurochirurgo, Hartings come neurofisiologo PhD e Balu come neuro-intensivista MD/PhD.

Oltre a una lunga collaborazione con Shuttleworth, Carlson attribuisce ai colleghi dell'UNM il contributo alla ricerca sullo tsunami cerebrale, tra cui Michel Torbey, MD, presidente del Dipartimento di Neurologia, Russell Morton, PhD, assistente professore presso il Dipartimento di Neuroscienze, Christopher Abbott, MD , professore associato presso il Dipartimento di Psichiatria e Scienze del comportamento, Bert Davis, PhD, presso il Dipartimento di Medicina Interna, e George Luger, PhD, professore presso il Dipartimento di Informatica.

Con lo studio in corso, insieme alla recente innovazione per l'uso interdisciplinare di sostanze e la struttura per lesioni cerebrali (ISUBI) dell'UNM, Carlson ritiene che l'UNM abbia messo in atto le basi per un programma di ricerca completo sullo tsunami cerebrale.

"Abbiamo tutti i pezzi per essere la destinazione internazionale e siamo arrivati ​​a questo punto con investigatori impegnati che hanno utilizzato meccanismi di supporto istituzionale per creare interesse", afferma.

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