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.

Por: The Brighter Side News / Traducción de Morfema Press

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 publicará en la revista Science.

Al enviar señales bioactivas para activar las células para que se reparen y regeneren, la innovadora terapia mejoró drásticamente las médulas espinales gravemente lesionadas de cinco maneras clave: (1) Las extensiones cortadas de las neuronas, 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 entregar nutrientes a las células en el sitio de la lesión; y (5) sobrevivieron más neuronas motoras.

Después de 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 las moléculas a través de cambios en la estructura química para aumentar la eficacia de un tratamiento.

“Nuestra investigación tiene como objetivo encontrar una terapia que pueda evitar que las personas queden paralizadas después de un trauma o una enfermedad importante”, dijo Samuel I. Stupp de Northwestern , quien dirigió el estudio. “Durante décadas, esto ha sido un gran desafío para los científicos porque el sistema nervioso central de nuestro cuerpo, que incluye el cerebro y la médula espinal, no tiene una capacidad significativa para repararse a sí mismo después de una lesión o del inicio de una enfermedad degenerativa. Vamos directamente a la FDA para iniciar el proceso de aprobación de esta nueva terapia para su uso en pacientes humanos, que actualmente tienen muy pocas opciones de tratamiento”.

Stupp es profesor de la Junta de Síndicos de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica en Northwestern, donde es director fundador del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología (SQI) y su centro de investigación afiliado, el Centro de Nanomedicina Regenerativa. Tiene nombramientos en la Escuela de Ingeniería McCormick, la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg y la Escuela de Medicina Feinberg.

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

Según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal, casi 300 000 personas viven actualmente con una lesión de la médula espinal en los Estados Unidos. La vida de estos pacientes puede ser extraordinariamente difícil. Menos del 3% de las personas con lesiones completas alguna vez recuperan las funciones físicas básicas. Y aproximadamente el 30 % vuelve a ser hospitalizado al menos una vez durante un año determinado después de la lesión inicial, lo que cuesta millones de dólares en costos promedio de atención médica 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 tratamientos que desencadenen la regeneración de la médula espinal”, dijo Stupp, experto en medicina regenerativa. “Quería marcar una diferencia en los resultados de las lesiones de la médula espinal y abordar este problema, dado el tremendo impacto que podría tener en la vida de los pacientes. Además, la nueva ciencia para abordar las lesiones de la médula espinal podría tener un impacto en las estrategias para las enfermedades neurodegenerativas y los accidentes cerebrovasculares”.

Las ‘moléculas danzantes’ golpean objetivos en movimiento

El secreto detrás de la nueva terapia innovadora de Stupp es ajustar el movimiento de las moléculas, para que puedan encontrar y participar adecuadamente en los receptores celulares en constante movimiento. Inyectada como líquido, la terapia se gelifica inmediatamente en una red compleja de nanofibras que imitan la matriz extracelular de la médula espinal. Al hacer coincidir la estructura de la matriz, imitando el movimiento de las moléculas biológicas e incorporando señales para los receptores, los materiales sintéticos pueden comunicarse con las células.

“Los receptores en las neuronas y otras células se mueven constantemente”, dijo Stupp. “La innovación clave en nuestra investigación, que nunca antes se había hecho, es controlar el movimiento colectivo de más de 100 000 moléculas dentro de nuestras nanofibras. Al hacer que las moléculas se muevan, «bailen» o incluso salten temporalmente fuera de estas estructuras, conocidas como polímeros supramoleculares, pueden conectarse de manera más efectiva con los receptores».

Stupp y su equipo descubrieron 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.

“Dado que las propias células y sus receptores están en constante movimiento, se puede imaginar que las moléculas que se mueven más rápidamente encontrarían estos receptores con mayor frecuencia”, dijo Stupp. «Si las moléculas son lentas y no tan ‘sociales’, es posible que nunca entren en contacto con las células».

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 neuronas en 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, promoviendo la regeneración de los vasos sanguíneos perdidos que alimentan las neuronas y las células críticas para la reparación de tejidos. La terapia también induce a la mielina a reconstruirse 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 costosas de producir”, dijo Zaida Álvarez, primera autora del estudio y exprofesora asistente de investigación en el laboratorio de Stupp. “Nuestras señales sintéticas son péptidos modificados cortos que, cuando se unen por miles, sobrevivirán durante semanas para generar bioactividad. El resultado final es una terapia que es menos costosa de producir y dura mucho más”.

Aquí se muestra una sección longitudinal de la médula espinal tratada con el andamio terapéutico más bioactivo, capturado 12 semanas después de la lesión. Vasos sanguíneos (rojo) regenerados dentro de la lesión. La laminina se tiñe de verde y las células se tiñen de azul. (CRÉDITO: Universidad Northwestern)

Aplicación universal

Si bien la nueva terapia podría usarse para prevenir la parálisis después de un trauma importante (accidentes automovilísticos, caídas, accidentes deportivos y heridas de bala), así como de enfermedades, Stupp cree que el descubrimiento subyacente, que el «movimiento supramolecular» es un factor clave en la bioactividad, puede aplicarse a otras terapias y dianas.

“Los tejidos del sistema nervioso central que hemos regenerado con éxito en la médula espinal lesionada son similares a los del cerebro afectado por accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas, como la ELA, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer”, dijo Stupp. «Más allá de eso, nuestro descubrimiento fundamental sobre el control del movimiento de los ensamblajes moleculares para mejorar la señalización celular podría aplicarse universalmente en objetivos biomédicos».

El funcionamiento de la memoria es un mecanismo complejo y misterioso que los científicos llevan décadas estudiando. Si bien olvidar es parte de la función cognitiva normal debido a la capacidad limitada del cerebro, algunas personas parecen no poder olvidar ciertos eventos traumáticos del pasado, mientras que otras parecen olvidarlo todo demasiado rápido. Esto es particularmente dramático en pacientes afectados por trastornos cerebrales, como la enfermedad Alzheimer.

Infobae

Ahora, una nueva investigación científica iluminó la memoria, casi literalmente, para recordar información reciente y precisa. La novedosa técnica consiste en la fototerapia o terapia de luz.

El tratamiento con luz láser demostró ser efectivo para impulsar la memoria a corto plazo, según un estudio publicado recientemente en la revista Science Advances. En la investigación, científicos de la Universidad de Birmingham, Reino Unido, y de la Universidad de Beijing, China, demostraron que la terapia, que no es invasiva, podría mejorar hasta 25% la memoria a corto plazo u operativa en adultos jóvenes.

La terapia denominada fotobiomodulación transcraneal (tPBM) se aplica en una zona del cerebro conocida como corteza prefrontal derecha. Esta zona es ampliamente reconocida como fundamental para la memoria operativa. Este tipo de memoria a corto plazo es la que aplicamos para recurrir a información que necesitamos en el presente, es clave para funciones mentales cotidianas como el aprendizaje y la resolución de problemas.

Durante el estudio, el equipo de investigadores mostró cómo la memoria operativa mejoró entre los participantes tras varios minutos de tratamiento. También pudieron seguir los cambios en la actividad cerebral mediante la monitorización del electroencefalograma (EEG) durante las sesiones de fotobiomodulación y las pruebas.

Si bien estudios previos habían analizado los efectos de la fototerapia en ratones, este es el primer estudio que confirma una relación entre la fotobiomodulación transcraneal y la memoria operativa en humanos.

“Las personas con afecciones como el TDAH (trastorno por déficit de atención e hiperactividad) u otros trastornos relacionados con la atención podrían beneficiarse de este tipo de tratamiento, que es seguro, sencillo y no invasivo, sin efectos secundarios”, señaló Dongwei Li, estudiante de doctorado visitante en el Centro de Salud Cerebral Humana de la Universidad de Birmingham y coautor del artículo.

Muchas personas pueden presentar dificultades para recordar cierta información cuando no están concentradas o están realizando varias tareas en simultáneo. Sin embargo, ciertos trastornos de salud mental afectan especialmente la memoria de operativa o de corto plazo, como el TDAH, otros trastornos de atención y aprendizaje, la enfermedad de Alzheimer o la esquizofrenia.

Los resultados del tratamiento innovador

Del estudio participaron 90 hombres y mujeres sanos de entre 18 y 25 años. Los participantes fueron tratados con luz láser en la corteza prefrontal derecha a una longitud de onda de 1.064 nm, mientras que otros fueron tratados con una longitud de onda más corta, o el tratamiento se administró en la corteza prefrontal izquierda. Cada participante fue tratado también con un tPBM simulado, o inactivo, para descartar el efecto placebo.

Tras sólo 12 minutos de tratamiento, se pidió a los participantes que recordaran las orientaciones o el color de un conjunto de elementos mostrados en una pantalla. Los participantes tratados con luz láser mostraron claras mejoras en la memoria respecto a los que habían recibido los otros tratamientos.

Por otra parte, los participantes que recibieron otras variantes de tratamiento pudieron recordar entre 3 y 4 de los objetos de la prueba mientras que los que recibieron la fotobiomodulación pudieron recordar entre 4 y 5.

Los estudios de las pruebas fueron realizados por la Universidad de Beijing y luego los resultados se analizaron en la Universidad de Birmingham. Los investigadores británicos mostraron cambios en la actividad cerebral que también predijeron las mejoras en el rendimiento de la memoria.

Los investigadores dijeron que aún no saben con precisión por qué el tratamiento produce efectos positivos en la memoria de corto plazo, ni cuánto duran los efectos. Está previsto que se realicen más investigaciones sobre estos aspectos.

“Es posible que la luz esté estimulando los astrocitos (las centrales de energía) en las células nerviosas dentro del cerebro y que esto tenga un efecto positivo en la eficiencia de las células. También debemos investigar la duración de los efectos. Si estos experimentos han de conducir a una intervención clínica, tendremos que ver beneficios duraderos”, precisó Ole Jensen, profesor de Neurociencias en el Centro para la Salud del Cerebro de la Universidad de Birmingham.

Si bien los resultados del estudio son muy auspiciosos, remarcó que “es necesario seguir investigando para entender exactamente por qué el fotobiomodulación transcraneal tiene este efecto positivo”.