Mecanismos involucrados en el incremento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica después de la restricción crónica de sueño de movimientos oculares rápidos

La barrera hematoencefálica es un sistema constituido de células endoteliales, astrocitos, pericitos y microglia que mantienen la alostasis del sistema nervioso central. Todos los elementos de la barrera hematoencefálica son importantes para el funcionamiento del sistema pero las células endoteliales le confieren las propiedades físicas y químicas de barrera. Las células endoteliales no presentan fenestraciones y exhiben bajo tráfico de vesículas pinocíticas. Asimismo, el paso de moléculas solubles de la sangre hacia el cerebro por la vía paracelular está restringido debido a la presencia de uniones ocluyentes. La ruptura de la barrera hematoencefálica promueve la entrada masiva de moléculas potencialmente neurotóxicas de la sangre hacia el cerebro, las cuales pueden ocasionar muerte neuronal y subsecuentemente alteraciones cognoscitivas. Estudios previos mostraron que la restricción selectiva de sueño de movimientos oculares rápidos (MOR) durante 10 días incrementa la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en todo el cerebro y, breves periodos de oportunidad para dormir (40-120min) restablecen la permeabilidad normal de la barrera en la mayoría de las regiones cerebrales. El hipocampo es una región cerebral que no recupera la permeabilidad normal de la barrera hematoencefálica después de los periodos de recuperación de sueño; sin embargo se desconoce el mecanismo por el qué la pérdida de sueño induce ruptura de la barrera hematoencefálica. Así, el objetivo del presente trabajo fue dilucidar los mecanismos inespecíficos por los cuales la restricción de sueño MOR incrementa la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en el hipocampo de la rata. Se evaluó la ultraestructura de las células endoteliales del hipocampo por microscopia electrónica de transmisión y se determinó la expresión de proteínas de la unión ocluyente (Claudina-5, ocludina y ZO-1) por Western blot. La restricción de sueño MOR MOR incrementó el número de vesículas pinocíticas (3 veces más en comparación con los controles) y promovió que las uniones ocluyentes de las células endoteliales del hipocampo sean menos complejas con respecto a las uniones ocluyentes de los grupos control, incluso después de periodos de recuperación de sueño. Concomitante a la reducción de la complejidad de las uniones ocluyentes, la restricción de sueño MOR disminuyó la expresión de proteínas de la unión ocluyente, particularmente Claudina-5. La restricción de sueño MOR altera los mecanismos de transporte inespecífico promoviendo la ruptura de la barrera hematoencefálica. Los resultados sugieren que el sueño MOR es crucial para mantener la integridad de la barrera hematoencefálica. Las disfunciones asociadas a la pérdida de sueño pueden ser explicadas por cambios en la permeabilidad de la barrera hematoencefálica.The blood-brain barrier is a complex system that maintains central nervous system alostasis. Brain endothelial cells, pericytes, astrocytes, and microglia comprise the blood-brain barrier. All components are crucial for blood-brain barrier development and maintenance; however endothelial cells confer the physical and chemical barrier properties. Brain endothelial cells exhibit low pynocytotic trafficking and express tight junction proteins. Under pathological conditions, blood-brain barrier disruption promotes massive entrance of potential neurotoxic molecules from blood to brain, which may cause cognitive deficits. Recently, we reported that selective rapid eye movement (REM) sleep restriction during 10days increased blood-brain barrier permeability to an unspecific vital dye Evans blue in the whole brain, and that brief sleep periods (40-120min) restored normal blood-brain barrier permeability in almost all brain regions. Hippocampus is unable to recover the blood-brain barrier integrity after REM sleep restriction even with sleep opportunity periods, but the mechanism of blood-brain barrier breakdown is unknown. Therefore, the aim of this work was to elucidate the mechanism involved in the hippocampal hyperpermeability after REM sleep restriction and sleep opportunity periods. We evaluated the ultrastructure of endothelial cells by transmission electronic microscopy and tight junction protein expression (Claudin-5, occludin and ZO-1) by western blot. REM sleep restriction increases the pinocytotic vesicle number (3-fold higher than intact controls) and promotes reduction in tight junction complexity. Concomitant to tight junction complexity, REM sleep restriction diminishes tight junction protein expression, mainly Claudin-5. REM sleep restriction impairs unspecific transport systems, promoting blood-brain barrier disruption. Our data suggests that REM sleep is crucial to maintain the blood-brain barrier integrity. Impairments associated to sleep loss may be explained by bloodbrain barrier hiperpermeabilit

Azul de metileno, opción para la marcación de cáncer colorrectal pre procedimiento mínimamente invasivo. Reporte de caso

Colorectal cancer is a common pathology, causing approximately 861,000 deaths a year. We have a 50-year-old male, with arterial hypertension and type II diabetes mellitus, with a diagnosis of neoplasia in the descending colon, which was performed minimally invasive procedure, after tumor marking with methylene blue by means of endoscopy of lower digestive tracts. Adequate postoperative period, without complications. The treatment of choice for colorectal cancer without metastasis is oncological exeresis. Currently the recommended surgical management is by means of a minimally invasive procedure, however, it is a challenge since in some cases the identification of the lesion is difficult and additionally requires a pronounced learning curve. Therefore, we use methylene blue for the marking of the tumor after the procedure, with excellent results, without complications. Methylene blue tumor marking prior to the minimally invasive procedure is safe, useful, inexpensive, and low risk.El cáncer colorrectal es una patología común que causa aproximadamente 861,000 muertes al año. Se presenta el caso de un paciente masculino de 50 años, con hipertensión arterial y Diabetes mellitus tipo II, con diagnóstico de neoplasia en colon descendente, al cual se le realizó procedimiento mínimamente invasivo, posterior a marcación tumoral con azul de metileno por medio de endoscopia de vías digestiva bajas. Postoperatorio adecuado, sin complicaciones. El tratamiento de elección para el cáncer colorrectal sin metástasis es la exeresis oncológica. Actualmente, el manejo quirúrgico recomendado es por medio de procedimiento mínimamente invasivo, sin embargo, es un desafío puesto que en algunos casos la identificación de la lesión es difícil y adicionalmente requiere una curva de aprendizaje pronunciada. Por lo anterior, utilizamos el azul de metileno para la marcación del tumor previo procedimiento, con excelentes resultados, sin complicaciones. La marcación tumoral con azul de metileno previa al procedimiento mínimamente invasivo es seguro, útil, económico y de bajo riesgo

Azul de metileno, opción para la marcación de cáncer colorrectal pre procedimiento mínimamente invasivo. Reporte de caso

Colorectal cancer is a common pathology, causing approximately 861,000 deaths a year. We have a 50-year-old male, with arterial hypertension and type II diabetes mellitus, with a diagnosis of neoplasia in the descending colon, which was performed minimally invasive procedure, after tumor marking with methylene blue by means of endoscopy of lower digestive tracts. Adequate postoperative period, without complications. The treatment of choice for colorectal cancer without metastasis is oncological exeresis. Currently the recommended surgical management is by means of a minimally invasive procedure, however, it is a challenge since in some cases the identification of the lesion is difficult and additionally requires a pronounced learning curve. Therefore, we use methylene blue for the marking of the tumor after the procedure, with excellent results, without complications. Methylene blue tumor marking prior to the minimally invasive procedure is safe, useful, inexpensive, and low risk.El cáncer colorrectal es una patología común que causa aproximadamente 861,000 muertes al año. Se presenta el caso de un paciente masculino de 50 años, con hipertensión arterial y Diabetes mellitus tipo II, con diagnóstico de neoplasia en colon descendente, al cual se le realizó procedimiento mínimamente invasivo, posterior a marcación tumoral con azul de metileno por medio de endoscopia de vías digestiva bajas. Postoperatorio adecuado, sin complicaciones. El tratamiento de elección para el cáncer colorrectal sin metástasis es la exeresis oncológica. Actualmente, el manejo quirúrgico recomendado es por medio de procedimiento mínimamente invasivo, sin embargo, es un desafío puesto que en algunos casos la identificación de la lesión es difícil y adicionalmente requiere una curva de aprendizaje pronunciada. Por lo anterior, utilizamos el azul de metileno para la marcación del tumor previo procedimiento, con excelentes resultados, sin complicaciones. La marcación tumoral con azul de metileno previa al procedimiento mínimamente invasivo es seguro, útil, económico y de bajo riesgo

Participación de mediadores inflamatorios en la alteración estructural y funcional de la barrera hematoencefálica inducida por la restricción de sueño

La restricción de sueño incrementó la permeabilidad de la barrera hematoencefálica en ratones C57BL/6 y el nivel sérico de citocinas proinflamatorias mientras que en los BALB/c no hubo cambios en los niveles de citocinas ni en la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. La restricción de sueño modificó la expresión de las proteínas de la unión ocluyente e incrementó la expresión de un marcador cellular para microglia, MMP-9 y del receptor A2A de adenosina en ratones C57BL/6 mientras que los disminuyó en ratones BALB/c. Los datos indican que la participación directa (receptores A2Ade adenosina) o indirecta (perfil proinflamatorio sistémico) de mediadores inflamatorios está involucrada en la disfunción de la barrera hematoencefálica inducida por la restricción de sueño.La pérdida de sueño es un problema de salud pública que altera funciones cognitivas, metabólicas e inmunológicas. La barrera hematoencefálica está alterada en animales restringidos de sueño y los mecanismos moleculares por los cuales la pérdida de sueño regula la integridad de la barrera hematoencefálica son desconocidos. La participación de mediadores inflamatorios que incrementan durante la pérdida de sueño (e.g. adenosina y citocinas pro-inflamatorias) puede ser crucial en la modulación de la barrera hematoencefálica. En el presente trabajo describimos el papel de la adenosina y del estatus inflamatorio sistémico en la regulación de la integridad de la barrera hematoencefálica durante la restricción de sueño. Encontramos que el uso de los antagonistas de receptores de adenosina revirtió el incremento de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica a trazadores exógenos y restauró la expresión de las proteínas de las uniones ocluyentes de manera dependiente de la región cerebral. La restricción de sueño incrementó la expresión del receptor A2Ade adenosina, de Iba-1 y de GFAP lo cual fue revertido con la administración del antagonista de receptores de adenosina. Adicionalmente evaluamos la participación del componente inflamatorio en la regulación de la permeabilidad de la barrera hematoencefálica ante la restricción de sueño en dos cepas de ratones con respuesta inflamatoria diferencial: ratones C57BL/6 (respuesta inmunológica predominantemente proinflamatoria) y ratones BALB/c (respuesta inmunológica predominantemente anti-inflamatoria)

Pericytes: brain-immune interface modulators

The premise that the central nervous system is immune-privileged arose from the fact that direct contact between immune and nervous cells is hindered by the blood-brain barrier. However, the blood-brain barrier also comprises the interface between the immune and nervous systems by secreting chemo-attractant molecules and by modulating immune cell entry into the brain. The majority of published studies on the blood-brain barrier focus on endothelial cells, which are a critical component, but not the only one; other cellular components include astroglia, microglia, and pericytes. Pericytes are poorly studied in comparison with astrocytes or endothelial cells; they are mesenchymal cells that can modify their ultrastructure and gene expression in response to changes in the central nervous system microenvironment. Pericytes have a unique synergistic relationship with brain endothelial cells in the regulation of capillary permeability through secretion of cytokines, chemokines, nitric oxide, matrix metallo-proteinases, and by means of capillary contraction. Those pericyte manifestations are related to changes in blood-brain barrier permeability by an increase in endocytosis-mediated transport and by tight junction disruption. In addition, recent reports demonstrate that pericytes control the migration of leukocytes in response to inflammatory mediators by up-regulating the expression of adhesion molecules and releasing chemo-attractants; however, under physiological conditions they appear to be immune-suppressors. Better understanding of the immune properties of pericytes and their participation in the effects of brain infections, neurodegenerative diseases, and sleep loss will be achieved by analyzing pericyte ultrastructure, capillary coverage, and protein expression. That knowledge may provide a mechanism by which pericytes participate in the maintenance of the proper function of the brain-immune interface

The Active Role of Pericytes During Neuroinflammation in the Adult Brain

Microvessels in the central nervous system (CNS) have one of the highest populations of pericytes, indicating their crucial role in maintaining homeostasis. Pericytes are heterogeneous cells located around brain microvessels; they present three different morphologies along the CNS vascular tree: ensheathing, mesh, and thin-strand pericytes. At the arteriole-capillary transition ensheathing pericytes are found, while mesh and thin-strand pericytes are located at capillary beds. Brain pericytes are essential for the establishment and maintenance of the blood-brain barrier, which restricts the passage of soluble and potentially toxic molecules from the circulatory system to the brain parenchyma. Pericytes play a key role in regulating local inflammation at the CNS. Pericytes can respond differentially, depending on the degree of inflammation, by secreting a set of neurotrophic factors to promote cell survival and regeneration, or by potentiating inflammation through the release of inflammatory mediators (e.g., cytokines and chemokines), and the overexpression of cell adhesion molecules. Under inflammatory conditions, pericytes may regulate immune cell trafficking to the CNS and play a role in perpetuating local inflammation. In this review, we describe pericyte responses during acute and chronic neuroinflammation

A_2A Adenosine Receptor Antagonism Reverts the Blood-Brain Barrier Dysfunction Induced by Sleep Restriction

<div><p>Chronic sleep restriction induces blood-brain barrier disruption and increases pro-inflammatory mediators in rodents. Those inflammatory mediators may modulate the blood-brain barrier and constitute a link between sleep loss and blood-brain barrier physiology. We propose that adenosine action on its A_2A receptor may be modulating the blood-brain barrier dynamics in sleep-restricted rats. We administrated a selective A_2A adenosine receptor antagonist (SCH58261) in sleep-restricted rats at the 10^th day of sleep restriction and evaluated the blood-brain barrier permeability to dextrans coupled to fluorescein (FITC-dextrans) and Evans blue. In addition, we evaluated by western blot the expression of tight junction proteins (claudin-5, occludin, ZO-1), adherens junction protein (E-cadherin), A_2A adenosine receptor, adenosine-synthesizing enzyme (CD73), and neuroinflammatory markers (Iba-1 and GFAP) in the cerebral cortex, hippocampus, basal nuclei and cerebellar vermis. Sleep restriction increased blood-brain barrier permeability to FITC-dextrans and Evans blue, and the effect was reverted by the administration of SCH58261 in almost all brain regions, excluding the cerebellum. Sleep restriction increased the expression of A_2A adenosine receptor only in the hippocampus and basal nuclei without changing the expression of CD73 in all brain regions. Sleep restriction reduced the expression of tight junction proteins in all brain regions, except in the cerebellum; and SCH58261 restored the levels of tight junction proteins in the cortex, hippocampus and basal nuclei. Finally, sleep restriction induced GFAP and Iba-1 overexpression that was attenuated with the administration of SCH58261. These data suggest that the action of adenosine on its A_2A receptor may have a crucial role in blood-brain barrier dysfunction during sleep loss probably by direct modulation of brain endothelial cell permeability or through a mechanism that involves gliosis with subsequent inflammation and increased blood-brain barrier permeability.</p></div

Blood-brain barrier regulation by adenosine during sleep restriction.

<p>Under physiological conditions adenosine modulates cerebral blood-flow and is involved in neurophysiological events including sleep regulation. Prolonged waking increases adenosine levels in the central nervous system. Sleep restriction induces gliosis, characterized by the overexpression of Iba-1 and GFAP markers, probably by the activation of A_2A adenosine receptor in the microglial and astroglial cells. The activation of glial cells may induce the release of other inflammatory mediators, eg. the pro-inflammatory cytokines IL-6 and TNF-α, which conjointly with adenosine may contribute to blood-brain barrier modulation during sleep loss. In endothelial cells, A_2A adenosine receptor activation promotes the decrease in tight junction protein expression, such as claudin-5 (Cldn5), occludin (Occldn) and Zonula occludens (ZO)-1. These changes may ensue blood-brain barrier hyperpermeability to molecules with high molecular weight such as 70-kDa FITC-dextran and Evans blue, and are rapidly reverted using a selective A_2A adenosine receptor antagonist such as SCH58261.</p