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SALUD. 'Moléculas danzantes' reparan con éxito lesiones graves de la médula espinal

 

Ilustración de la columna vertebral en el cuerpo humano. Fuente: © PIC4U / stock.adobe.com

Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado una nueva terapia inyectable que aprovecha las "moléculas danzantes" para revertir la parálisis y reparar el tejido después de lesiones graves de la médula espinal.

En un nuevo estudio, los investigadores administraron una sola inyección a los tejidos que rodean la médula espinal de ratones paralizados. Solo cuatro semanas después, los animales recuperaron la capacidad de caminar.

La investigación se ha publicado la revista Science .

Al enviar señales bioactivas para hacer que las células se repare y regeneren, la terapia revolucionaria mejoró dramáticamente la médula espinal gravemente lesionada de cinco formas clave: (1) Las extensiones de neuronas cortadas, llamadas axones, se regeneraron; (2) tejido cicatricial, que puede crear una barrera física para la regeneración y reparación, significativamente disminuido; (3) mielina, la capa aislante de axones que es importante para transmitir señales eléctricas de manera eficiente, reformada alrededor de las células; (4) vasos sanguíneos funcionales formados para suministrar nutrientes a las células en el sitio de la lesión; y (5) sobrevivieron más neuronas motoras.

Una vez que la terapia realiza su función, los materiales se biodegradan en nutrientes para las células en 12 semanas y luego desaparecen por completo del cuerpo sin efectos secundarios notables. Este es el primer estudio en el que los investigadores controlaron el movimiento colectivo de moléculas a través de cambios en la estructura química para aumentar la eficacia terapéutica.

El sistema nervioso central de nuestro cuerpo, que incluye el cerebro y la médula espinal, no tiene ninguna capacidad significativa para repararse después de una lesión o después del inicio de una enfermedad degenerativa. 

La esperanza de vida no ha mejorado desde la década de 1980

La vida de los pacientes puede resultar extraordinariamente difícil. Menos del 3% de las personas con lesiones completas recuperan alguna vez las funciones físicas básicas. Y aproximadamente el 30% son reingresados ​​al menos una vez durante un año determinado después de la lesión inicial, lo que cuesta millones de dólares en atención médica promedio de por vida por paciente. La esperanza de vida de las personas con lesiones de la médula espinal es significativamente menor que la de las personas sin lesiones de la médula espinal y no ha mejorado desde la década de 1980.

Actualmente, no existen terapias que desencadenen la regeneración de la médula espinal. La nueva ciencia para abordar la lesión de la médula espinal podría tener un impacto en las estrategias para las enfermedades neurodegenerativas y accidentes cerebrovasculares.

'Moléculas danzantes' alcanzan objetivos en movimiento

El secreto detrás del nuevo y revolucionario tratamiento terapéutico consiste en sintonizar el movimiento de las moléculas para que puedan encontrar y activar adecuadamente los receptores celulares en constante movimiento. Inyectada como un líquido, la terapia se gelifica inmediatamente en una compleja red de nanofibras que imitan la matriz extracelular de la médula espinal. Al hacer coincidir la estructura de la matriz, imitar el movimiento de las moléculas biológicas e incorporar señales para los receptores, los materiales sintéticos pueden comunicarse con las células.

Los receptores en las neuronas y otras células se mueven constantemente. La innovación clave en la nueva investigación, que nunca se había hecho antes, es controlar el movimiento colectivo de más de 100.000 moléculas dentro de nanofibras. Haciendo que las moléculas se muevan, 'bailen' o incluso salten temporalmente de estas estructuras, conocidas como polímeros supramoleculares, son capaces de conectarse más eficazmente con los receptores neuronales.

Los investigadores observaron que ajustar el movimiento de las moléculas dentro de la red de nanofibras para hacerlas más ágiles resultó en una mayor eficacia terapéutica en ratones paralizados. También confirmaron que las formulaciones de su terapia con movimiento molecular mejorado funcionaron mejor durante las pruebas in vitro con células humanas, lo que indica una mayor bioactividad y señalización celular.

Una inyección, dos señales

Una vez conectadas a los receptores, las moléculas en movimiento desencadenan dos señales en cascada, las cuales son críticas para la reparación de la médula espinal. Una señal hace que las largas colas de las neuronas de la médula espinal, llamadas axones, se regeneren. Al igual que los cables eléctricos, los axones envían señales entre el cerebro y el resto del cuerpo. Cortar o dañar los axones puede provocar la pérdida de sensibilidad en el cuerpo o incluso la parálisis. La reparación de axones, por otro lado, aumenta la comunicación entre el cuerpo y el cerebro.

La segunda señal ayuda a las neuronas a sobrevivir después de una lesión porque hace que proliferen otros tipos de células, lo que promueve el recrecimiento de los vasos sanguíneos perdidos que alimentan las neuronas y las células críticas para la reparación de los tejidos. La terapia también induce la reconstrucción de la mielina alrededor de los axones y reduce la cicatrización glial, que actúa como una barrera física que evita que la médula espinal se cure.

Las señales utilizadas en el estudio imitan las proteínas naturales que se necesitan para inducir las respuestas biológicas deseadas. Sin embargo, las proteínas tienen vidas medias extremadamente cortas y son caras de producir. Las señales sintéticas empleadas en el estudio son péptidos cortos y modificados que, cuando se unen entre sí por miles, sobrevivirán durante semanas para ofrecer bioactividad. El resultado final es una terapia que es menos costosa de producir y dura mucho más tiempo.

Aplicación universal

Si bien la nueva terapia podría usarse para prevenir la parálisis después de un trauma mayor (accidentes automovilísticos, caídas, accidentes deportivos y heridas de bala), así como de enfermedades, y dado que el "movimiento supramolecular" es un factor clave en la bioactividad, también se podría aplicar a otras terapias y dianas.

Los tejidos del sistema nervioso central regenerados con éxito en la médula espinal lesionada son similares a los del cerebro afectados por accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas, como la ELA, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer. Más allá de esto, los autores del estudio creen que el descubrimiento fundamental sobre el control del movimiento de los ensamblajes moleculares para mejorar la señalización celular podría aplicarse universalmente a través de objetivos biomédicos.




Más informaciónZ. Álvarez, AN Kolberg-Edelbrock, IR Sasselli, JA Ortega, R. Qiu, Z. Syrgiannis, PA Mirau, F. Chen, SM Chin, S. Weigand, E. Kiskinis, SI Stupp. Los andamios bioactivos con movimiento supramolecular mejorado promueven la recuperación de una lesión de la médula espinal . Science , 2021; 374 (6569): 848 DOI: 10.1126 / science.abh3602

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