Los hallazgos podrían ayudar a identificar formas de curar los daños en la médula espinal humana
Los peces cebra pertenecen a un selecto grupo de vertebrados capaces de curar por completo una lesión de médula espinal. Una comprensión clara de cómo se produce esta regeneración podría proporcionar pistas para estrategias de curación de lesiones de médula espinal en personas. Estas lesiones pueden ser devastadoras y causar pérdida permanente de la sensibilidad y el movimiento.
Un nuevo estudio de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis traza un atlas detallado de todas las células involucradas (y cómo trabajan juntas) en la regeneración de la médula espinal del pez cebra.
En un hallazgo inesperado, los investigadores demostraron que la supervivencia y la adaptabilidad de las propias neuronas cortadas son necesarias para la regeneración completa de la médula espinal. Sorprendentemente, el estudio demostró que las células madre capaces de formar nuevas neuronas (y que suelen considerarse fundamentales para la regeneración) desempeñan un papel complementario, pero no lideran el proceso.
A diferencia de las lesiones de la médula espinal de los humanos y otros mamíferos, en las que las neuronas dañadas siempre mueren, las neuronas dañadas del pez cebra alteran drásticamente sus funciones celulares en respuesta a la lesión, primero para sobrevivir y luego para asumir roles nuevos y centrales en la orquestación de los eventos precisos que gobiernan la curación, encontraron los investigadores. Los científicos sabían que las neuronas del pez cebra sobreviven a las lesiones de la médula espinal, y este nuevo estudio revela cómo lo hacen.
"Descubrimos que la mayoría, si no todos, los aspectos de la reparación neuronal que estamos tratando de lograr en las personas ocurren naturalmente en el pez cebra", dijo la autora principal Mayssa Mokalled, profesora asociada de biología del desarrollo.
"La sorprendente observación que hicimos es que existen fuertes mecanismos de protección y reparación neuronal que ocurren inmediatamente después de una lesión. Creemos que estos mecanismos de protección permiten que las neuronas sobrevivan a la lesión y luego adopten un tipo de plasticidad espontánea (o flexibilidad en sus funciones) que le da a los peces tiempo para regenerar nuevas neuronas y lograr una recuperación completa"
"Nuestro estudio ha identificado dianas genéticas que nos ayudarán a promover este tipo de plasticidad en las células de las personas y otros mamíferos".
Imagen: La imagen superior muestra células marcadas con fluorescencia en la médula espinal de un pez cebra recuperándose una semana después de una lesión, y la imagen inferior muestra la recuperación cuatro semanas después de una lesión. Crédito: Mokalled lab.
Al trazar un mapa de los roles evolutivos de varios tipos de células involucradas en la regeneración, Mokalled y sus colegas descubrieron que la flexibilidad de las neuronas lesionadas sobrevivientes y su capacidad para reprogramarse inmediatamente después de la lesión lideran la cadena de eventos necesarios para la regeneración de la médula espinal.
Si se desactivan estas neuronas que sobreviven a las lesiones, los peces cebra no recuperan su capacidad normal de nadar, aunque las células madre regenerativas permanezcan presentes.
Cuando el cableado largo de la médula espinal se aplasta o se corta en las personas y otros mamíferos, se desencadena una cadena de eventos de toxicidad que matan las neuronas y hacen que el entorno de la médula espinal sea hostil para los mecanismos de reparación.
Esta toxicidad neuronal podría proporcionar alguna explicación al fracaso de los intentos de aprovechar las células madre para tratar lesiones de la médula espinal en personas. En lugar de centrarse en la regeneración con células madre, el nuevo estudio sugiere que cualquier método exitoso para curar lesiones de la médula espinal en personas debe comenzar por salvar de la muerte las neuronas lesionadas.
"Las neuronas por sí solas, sin conexiones con otras células, no sobreviven", dijo Mokalled.
"En el pez cebra, creemos que las neuronas cortadas pueden superar el estrés de la lesión porque su flexibilidad les ayuda a establecer nuevas conexiones locales inmediatamente después de la lesión. Nuestra investigación sugiere que se trata de un mecanismo temporal que permite ganar tiempo, proteger a las neuronas de la muerte y permitir que el sistema preserve los circuitos neuronales mientras construye y regenera la médula espinal principal".
Hay algunas evidencias de que esta capacidad está presente, pero latente, en las neuronas de los mamíferos, por lo que podría ser una vía hacia nuevas terapias, según los investigadores.
"Tenemos la esperanza de que la identificación de los genes que orquestan este proceso protector en el pez cebra (cuyas versiones también están presentes en el genoma humano) nos ayudará a encontrar formas de proteger a las neuronas de las personas de las oleadas de muerte celular que vemos después de las lesiones de la médula espinal", dijo.
Si bien este estudio se centra en las neuronas, Mokalled dijo que la regeneración de la médula espinal es extremadamente compleja, y el trabajo futuro de su equipo se adentrará en un nuevo atlas celular para comprender las contribuciones de otros tipos de células a la regeneración de la médula espinal, incluidas las células no neuronales, llamadas glía, en el sistema nervioso central, así como las células del sistema inmunológico y la vasculatura.
También están realizando estudios que comparan los hallazgos en el pez cebra con lo que sucede en las células de mamíferos, incluido el tejido nervioso de ratones y humanos.
El estudio se publicó el 15 de agosto en la revista Nature Communications: Single-cell analysis of innate spinal cord regeneration identifies intersecting modes of neuronal repair
