Estudio de las subunidades reguladas por SUR1 (Kir6.2 y TRPM4) en las contusiones cerebrales traumáticas y la isquemia cerebral focal. Desarrollo de un modelo animal de infarto maligno en cerdo.

Abstract

El traumatismo craneoencefálico (TCE) tiene un gran impacto socio-económico y sanitario en todo el mundo, y es una de las principales causas de mortalidad y discapacidad entre la población adulta menor de 40 años. El infarto cerebral maligno, es un tipo de infarto cerebral isquémico, que tiene una mortalidad de alrededor del 80%, y su incidencia aumenta con la edad del paciente. Ambas patologías se caracterizan porque su evolución puede provocar graves desequilibrios iónicos a nivel de las neuronas y de las células gliales, con el consecuente arrastre osmótico de agua y la formación de edema citotóxico. El edema puede evolucionar provocando un efecto de masa que causa la compresión, deformación y herniación de las estructuras cerebrales, pudiendo provocar la muerte del paciente, debido entre otras cosas al aumento de la presión intracraneal (PIC). Los TCEs y los infartos malignos se abordan siguiendo las mismas estrategias de tratamiento, que pasan por el seguimiento de la evolución de la lesión, la monitorización multimodal del paciente, y en último caso su intervención quirúrgica. Entender los procesos implicados en la patofisiología del TCE y del infarto, es esencial para su correcto tratamiento. Muchos de los estudios actuales, dirigen su atención a los mecanismos implicados en la formación del edema citotóxico inicial, y en concreto al estudio de un nuevo canal iónico involucrado en su progresión. Este canal está formado por una subunidad reguladora que recibe el nombre de receptor de sulfonilurea 1 (SUR1) y una subunidad formadora de poro, el receptor de potencial transitorio de la melastatina 4 (TRPM4). Juntos constituyen el canal SUR1-TRPM4, que ha demostrado estar sobre-expresado en pacientes y modelos animales de TCE e infarto cerebral, entre otras patologías. El bloqueo de este canal con fármacos como la glibenclamida (un inhibidor de sulfonilureas), ha demostrado mejorar el pronóstico neurológico en modelos animales de roedores y estudios clínicos con pacientes. La subunidad reguladora SUR1, además de asociarse con TRPM4, también regula la apertura de canales de potasio dependientes de adenosín trifosfato (ATP)(KATPs), entre los que se encuentra el canal iónico rectificador de entrada de potasio 6.2 (Kir6.2). El canal SUR1-Kir6.2 ha sido estudiado ampliamente en células del páncreas y cardiomiocitos, entre otros. Sin embargo, la expresión de este canal no ha sido estudiada en profundidad a nivel cerebral en humanos. Este canal acopla el metabolismo de la célula a la actividad eléctrica, mediante la regulación del flujo de K+ a través de la membrana celular. Se considera que tiene una función neuroprotectora, induciendo la hiperpolarización celular durante episodios de hipoxia y/o isquemia. Lo que esta tesis pretende es, en primer lugar, el desarrollo de un nuevo modelo animal de isquemia regional en cerdo común, que sea estable y reproducible. Este modelo permitirá una mejor comprensión de los procesos isquémicos que tienen lugar en pacientes que han sufrido un infarto cerebral maligno, para poder extrapolarlos en un segundo paso a las lesiones cerebrales traumáticas. El uso de modelos animales es esencial para conseguir una mejor comprensión de los mecanismos implicados en cualquier patología, así como para poder desarrollar nuevas estrategias protectoras contra esta. En segundo lugar, se pretende profundizar en el estudio de los canales regulados por SUR1, en concreto Kir6.2, el menos estudiado a nivel del SNC en humanos hasta la fecha. Para ello, se estudió su expresión en tejido pericontusional cerebral de humanos con la pretensión de conocer mejor su función en este tipo de patologías.

Traumatic brain injury (TBI) has a great socio-economic and sanitary impact in the whole world and is one of the leading causes of mortality and disability in adult population with less than 40 years. Malignant cerebral infarction is a type of ischemic cerebral infarct that has an elevated mortality of around 80%, and its incidence increases with the age of the patient. The evolution of both pathologies can lead to severe ionic disarrangements in neurons and glial cells, osmotic water displacement and cytotoxic edema formation. Edema can evolve causing a mass effect that leads to compression, deformation and herniation of the cerebral structures that can result in patient’s death, due to the increase of the intracranial pressure (ICP), among other causes. TBIs and malignant infarcts are treated following the same strategies, which are the monitoring of lesion evolution, multimodal monitoring of the patient and as a last resort, surgical intervention. Understanding the processes involved in the pathophysiology of the TBI and cerebral infarct, is essential for their correct treatment. Many of the current studies, focus their attention on the mechanisms involved in the formation of the initial cytotoxic edema and specially, in the study of a new ionic channel that is related to the progression of the edema. This channel is constituted by a regulator subunit named sulfonylurea receptor 1 (SUR1) and a pore forming subunit called transient receptor potential melastatin 4 (TRPM4). Both subunits together form the channel SUR1-TRPM4 that is overexpressed in patients and in animal models of TBI and cerebral infarct, among other pathologies. The blockage of this channel with drugs like glibenclamide (an inhibitor of sulfonylureas), has demonstrated to improve neurological outcome in rodent animal models and also in clinical assays with patients. Regulator subunit SUR1 is not only associated to TRPM4, but also regulates the opening of adenosine phosphate (ATP)-sensitive potassium channels (KATPs), which include the inwardly rectifier potassium ion channel 6.2 (Kir6.2). The channel SUR1-Kir6.2 has been well studied in pancreatic and cardiac cells, among others. However, the expression of this channel has not been deeply studied in the human brain. This channel couples cell metabolism to electric activity, regulating the K+ flux through the cell membrane. It is considered that it has a neuroprotective function, inducing the cell hyperpolarization during hypoxic and/or ischemic episodes. The aim of this doctoral thesis is, first of all, the development of a new animal model of regional ischemia in common pig, stable and reproducible. This model will allow a better understanding of the ischemic processes that occur in patients with a malignant cerebral infarction, to extrapolate it in second place to traumatic brain lesions. The use of animal models is essential to achieve a better understanding of the mechanisms involved in any pathology, and to develop new treatment strategies. The aim of the second part of this thesis was to study in detail the channels regulated by SUR1, and especially Kir6.2 channel, the less studied in human brain to the date. For this purpose, Kir6.2 expression was studied in human pericontusional brain tissue, with the aim to achieve a better understanding of its function in this kind of pathologies.