Cómo la leche humana ayuda a desarrollar el cerebro de los bebés

El papel bioactivo de los componentes extranutritivos de la leche humana en el desarrollo cognitivo.

Audrey Humphries(1), Nneoma Edokobi(1), Catherine Lavallee(1) y Brittany Howell Ph.D.(2,3)

(1) Escuela de Medicina Virginia Tech Carilion (VTCSOM), Roanoke, Virginia
(2) Instituto de Investigación Biomédica Fralin en Virginia Tech Carilion, Roanoke, Virginia
(3) Departamento de Desarrollo Humano y Ciencias de la Familia, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia

La leche contribuye de manera importante al desarrollo óptimo del cerebro y a la mejora del rendimiento cognitivo en etapas posteriores de la vida (Shafai et al. 2018), pero aún no está claro qué componentes son responsables. La leche materna no sólo contiene la composición de nutrientes ideal (agua, grasa, carbohidratos y proteínas) para satisfacer las necesidades nutricionales básicas de un bebé, sino que también contiene componentes extranutritivos que pueden desempeñar funciones adicionales indirectas, pero aún activas, en el crecimiento de un bebé. (Hamosh 2001), incluido el desarrollo del cerebro (Petryk, Harris y Jongbloed 2007).
Actualmente hay poca investigación que evalúe directamente las relaciones entre los componentes bioactivos extranutritivos de la leche materna y el desarrollo neurológico infantil. Sin embargo, varios estudios presentan evidencia de que estos factores influyen en la maduración intestinal del bebé, especialmente con respecto a las propiedades inmunológicas del intestino y la colonización del microbioma (bacterias y otros microorganismos en el intestino del bebé) (Thai y Gregory 2020; McElroy y Weitkamp 2011; Palmeira et al. 2016). Al principio, puede parecer extraño pensar que la salud intestinal de un bebé pueda darnos una idea del desarrollo cerebral de un bebé. Sin embargo, en los últimos veinte años, ha habido un apoyo cada vez mayor a la hipótesis del eje microbiota-intestino-cerebro. Esta teoría, respaldada por una cantidad impresionante de investigaciones, respalda la idea de que las bacterias comensales (beneficiosas), las células epiteliales, las células nerviosas, las células inmunes y otros mediadores locales importantes del intestino humano pueden comunicarse con el cerebro e influir en él ( Montiel-Castro et al. 2013). Con esta cantidad de literatura que respalda la hipótesis del eje intestino-cerebro (Niemarkt et al. 2019; Anderson et al. 2017; Gao et al. 2019; Jena et al. 2020), nos parece razonable considerar que algunos tipos de -Los componentes nutritivos de la leche humana tienen el potencial de afectar directa o indirectamente el desarrollo del cerebro infantil al influir en el intestino del bebé.

Agentes extranutritivos en la leche humana.

Tres agentes extranutritivos de la leche humana de particular interés en la investigación del desarrollo neurológico son el cortisol, los oligosacáridos y los factores de crecimiento.

El papel del cortisol

El cortisol es una hormona glucocorticoide vital (un tipo de hormona esteroide) producida por la glándula suprarrenal. Fisiológicamente, el cortisol actúa en casi todos los sistemas de órganos del cuerpo, ayudando a regular las respuestas inmunitarias y la capacidad curativa del cuerpo, el apetito y el metabolismo de la glucosa, la presión arterial y, más notablemente, la respuesta al estrés. Aunque una fracción significativa del cortisol sérico (que se encuentra en la sangre) de la madre termina en la leche materna (Patacchioli et al. 1992; Hollanders et al. 2017), su función definida en la leche aún no se comprende completamente. La estructura bioquímica del cortisol le permite cruzar tanto la barrera intestinal para ingresar al torrente sanguíneo (Angelucci et al. 1985; Yeh, Yeh y Holt 1989) como la barrera hematoencefálica (Pariante et al. 2004; Angelucci et al. 1985). lo que lo convierte en un candidato ideal como mensajero bioquímico durante períodos críticos del desarrollo del cerebro infantil.

Actualmente, existen estudios que demuestran que el cortisol de la leche materna puede influir en el temperamento de un bebé (Hinde et al. 2015; Sullivan et al. 2011; Gray et al. 2013), el comportamiento social y el funcionamiento cognitivo (Dettmer et al. 2018). Esto no es sorprendente, ya que el hipocampo, un importante centro del cerebro para el aprendizaje, el desarrollo y la recuperación de la memoria, tiene una alta concentración de receptores de glucocorticoides (Koning et al. 2019; de Kloet, Joëls y Holsboer 2005). Además, se cree que los niveles altos de cortisol afectan no sólo el comportamiento humano y el funcionamiento cognitivo, sino también el volumen del hipocampo en diversos estados patológicos (Lupien et al. 1998; Brown, Varghese y McEwen 2004; Sheline et al. 1999). Si bien es probable que el cortisol de la leche viaje directamente al cerebro, también es posible que ejerza su acción indirectamente a través de varias vías propuestas del eje intestino-cerebro. No solo se ha descubierto que el cortisol es necesario para el desarrollo del eje hipotalámico-pituitario-suprarrenal (Finken et al. 2016), sino que también se ha relacionado con composiciones favorables del microbioma intestinal (de Punder y Pruimboom 2015; Kelly et al. 2015; Farzi, Fröhlich y Holzer 2018). Con el estado actual de la investigación, podemos apreciar que el cortisol tiene el potencial de ser muy influyente en el desarrollo del cerebro infantil, específicamente en el comportamiento, el temperamento y el procesamiento de la memoria. Sin embargo, se necesita una investigación más definitiva para concluir cualquier relación causal.

Los oligosacáridos de la leche humana ayudan con la conexión intestino-cerebro

Otros agentes extranutritivos que pueden influir en el desarrollo neurológico de los bebés son los oligosacáridos de la leche humana (HMO), una clase de prebiótico (algo que favorece el crecimiento de microbios) en la leche. Los oligosacáridos son moléculas de azúcar que son agentes nutritivos para las bacterias comensales que colonizan el intestino humano (McKeen et al. 2019; Pruss et al. 2021; Luo et al. 2021); sin embargo, son indigeribles para los humanos. Un estudio realizado en 2016 también encontró que los HMO tienen efectos antimicrobianos contra microorganismos patógenos (que causan enfermedades) en el intestino infantil al revestir la pared intestinal (Kulinich y Liu 2016), lo que respalda aún más que los HMO ayudan a mantener un microbioma intestinal comensal diverso. Los investigadores han descubierto que, al respaldar la diversidad de los microbios intestinales, los HMO terminan desempeñando un papel importante en la maduración del intestino infantil y el desarrollo del sistema inmunológico innato (no específico) (Cacho y Lawrence 2017). Como la mayoría de las células inmunitarias humanas residen en el intestino, este hallazgo no es sorprendente.

Entonces, ¿cómo podrían las HMO impactar en última instancia el desarrollo del cerebro infantil? Si bien los HMO apoyan la microbiota intestinal infantil, la microbiota intestinal ayuda a activar las células inmunitarias periféricas en el intestino y, curiosamente, estas células inmunitarias pueden desempeñar un papel en la regulación de la respuesta del cuerpo a la neurogénesis (producción de células nerviosas) (Fung et al. 2020 ). En estudios preclínicos y clínicos, los investigadores han demostrado que, a través de su impacto en el intestino y el sistema inmunológico, los HMO pueden apoyar indirectamente el desarrollo cognitivo (Fleming et al. 2020b; Docq et al. 2020), facilitar el desarrollo del hipocampo y la formación de la memoria (Vázquez et al. . 2015; Fleming et al. 2020b; 2020a), y contribuyen al fortalecimiento a largo plazo de las sinapsis, que son las conexiones entre neuronas (Vázquez et al. 2015). Además, también se cree que la microbiota intestinal influye en la producción de neurotransmisores (sustancias químicas que transmiten mensajes entre neuronas en el cerebro), lo que respalda adicionalmente que los HMO pueden influir en el crecimiento de bacterias comensales protectoras en el intestino infantil durante períodos críticos de desarrollo y pueden influyen así en el crecimiento y la función del cerebro (Jj y J 2019).

Los factores de crecimiento influyen en el desarrollo del cerebro

Por último, se sabe que los factores de crecimiento desencadenan el crecimiento y la diferenciación celular en el cuerpo (Rodrigues 2013). Si bien más de 50 tipos diferentes de factores de crecimiento están presentes en la leche humana, uno en particular llamado factor de crecimiento nervioso (NGF) puede ser específicamente importante para el desarrollo del cerebro infantil (Ballard y Morrow 2013). Aunque el NGF es responsable de parte del crecimiento y la proliferación de las neuronas, su alcance no se limita únicamente al cerebro. También se ha descubierto que influye positivamente en el crecimiento y la supervivencia de las células del sistema reproductivo (Rocco et al. 2018), además de demostrar propiedades antiinflamatorias (Minnone, De Benedetti y Bracci-Laudiero 2017). El papel del NGF en el cuerpo en desarrollo ha sido bien documentado, pero actualmente no existen estudios que correlacionen directamente el NGF de la leche humana con el desarrollo neurológico. Otro factor de crecimiento presente en la leche humana es el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), que se ha planteado la hipótesis de que es necesario para tipos específicos de crecimiento y diferenciación de neuronas (Hård et al. 2019).
Los factores de crecimiento y muchos otros factores nutritivos adicionales de la leche humana pueden viajar al cerebro a través de un tipo de vesícula de transporte extracelular (un pequeño saco esférico) llamado exosoma. Se sabe que están presentes en la leche humana (Galley y Besner 2020); contienen una variedad de moléculas, incluidas pequeñas proteínas, que pueden transportarse a las células localmente o a sitios distantes del cuerpo (Qin et al. 2016). Los exosomas no se digieren en el intestino del bebé y son capaces de incorporarse a las células intestinales y a las células inmunitarias que recubren el tracto intestinal del bebé (Sauter y Reidy 2017). Es posible que los exosomas permitan que muchos tipos de factores extranutritivos, incluidos los factores de crecimiento, influyan en diferentes aspectos del crecimiento infantil, incluido el desarrollo neurológico y la maduración intestinal. Si bien el NGF, el BDNF u otros factores de crecimiento pueden ser mensajeros químicos críticos en el vínculo entre el microbioma intestinal del bebé y el desarrollo del cerebro, se necesita más investigación para determinar verdaderamente su papel preciso en la maduración del cerebro intestinal del bebé.

Los componentes extranutritivos de la leche humana pueden desempeñar funciones fundamentales, tanto directa como indirectamente a través del microbioma intestinal, en el desarrollo del cerebro infantil. Aunque se han estudiado varios factores adicionales en el contexto de la biología del desarrollo neurológico, está claro que los oligosacáridos de la leche humana, los factores de crecimiento y el cortisol son candidatos notables por varias razones. En primer lugar, la estructura bioquímica de cada compuesto le permite comunicarse con la microbiota intestinal, el tejido intestinal y/o el tejido cerebral. En segundo lugar, los factores de crecimiento, los oligosacáridos y el cortisol, incluso cuando no provienen de la leche humana, tienen funciones fisiológicas en nuestro cuerpo que se correlacionan con la salud y el funcionamiento del cerebro. Por último, los estudios han encontrado asociaciones entre estas moléculas bioactivas y el desarrollo intestinal saludable, el crecimiento y la diferenciación neuronal y los cambios en el comportamiento, el temperamento y el rendimiento cognitivo. Aunque la gran cantidad de información correlacional sobre esta conexión ofrece una idea del potencial de la leche humana para ser la clave para un desarrollo cerebral y conductual óptimo, se necesita más investigación longitudinal prospectiva para establecer relaciones causales.

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Audrey Humphries Es originario de California, EE. UU. Audrey se graduó con una licenciatura en biología de la Universidad de California (UC) en Santa Bárbara en 2016. Después de trabajar como coordinadora senior de investigación clínica en el Centro Oncológico de UC San Francisco durante más de tres años en oncología cutánea y de cabeza y cuello, Audrey se unió al Virginia Programa de médicos de la promoción 2024 de la Escuela de Medicina Tech Carilion. Audrey se unió al laboratorio Howell del Instituto de Investigación Biomédica Fralin en Virginia Tech Carilion en 2020.

Nneoma Edokobi Nació en Lagos, Nigeria, pero se crió principalmente en Rockville, Maryland, EE. UU. Se graduó con una licenciatura en ciencias biológicas de la Universidad de Maryland, condado de Baltimore, en 2016. Posteriormente trabajó en la industria de la biotecnología durante cuatro años desarrollando inmunoensayos de electroquimioluminiscencia. Luego recibió un certificado de posgrado en Ciencias Biomédicas Avanzadas de la Universidad George Mason, condado de Fairfax, Virginia, en 2019. En 2020, se mudó a Roanoke, Virginia, EE. UU., como parte de la promoción de 2024 de la Facultad de Medicina Virginia Tech Carilion.

Catherine Lavallee Es estudiante de medicina de segundo año en la Facultad de Medicina Virginia Tech Carilion en Roanoke, Virginia. Catherine nació y creció en Rockville, Maryland. Obtuvo su licenciatura en biología de la Universidad Católica de América en Washington, DC. Luego se mudó a Boston, Massachusetts, EE. UU., para trabajar en un laboratorio de alergias alimentarias que estudia cómo la leche materna protege a los bebés del desarrollo de alergias alimentarias. Se unió al laboratorio Howell en 2020.

Brittany Howell, PhD es profesor asistente de neurociencia del desarrollo humano en el Instituto de Investigación Biomédica Fralin de la Facultad de Medicina Carilion de Virginia Tech y en el Departamento de Desarrollo Humano y Ciencias de la Familia de Virginia Tech. Creció en la zona rural de New Hampshire, EE. UU., y luego se mudó a Nueva Orleans, Luisiana, EE. UU., donde obtuvo una licenciatura en neurociencia y biología celular y molecular. Completó su doctorado en neurociencia en la Universidad Emory, Atlanta, Georgia, seguido de una formación postdoctoral en ciencias del desarrollo en el Instituto de Desarrollo Infantil de la Universidad de Minnesota, EE. UU. Su laboratorio, cariñosamente llamado Laboratorio de Influencia Materna en el Neurodesarrollo (MIND), se estableció en 2019 y analiza las complejas vías bioconductuales a través de las cuales las madres dan forma al cerebro y al desarrollo conductual de sus bebés.

Erin Vande Linde es líder e IBCLC que brinda asesoramiento sobre lactancia a MIND Lab; los autores escribieron este artículo a petición suya.