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Nervios regeneradores
El cuerpo humano puede ser increíblemente resistente: las heridas se curan, los huesos se curan, los ligamentos vuelven a crecer juntos. Pero la recuperación del daño a los nervios es mucho menos confiable. En el último número de Materiales avanzados , los investigadores Christiane Gumera y Yadong Wang del Instituto de Tecnología de Georgia anunciaron que han provocado el recrecimiento de células nerviosas utilizando un polímero recubierto con estructuras químicas que se asemejan a la acetilcolina, un neurotransmisor común. La investigación, que es la primera en combinar un neurotransmisor y un polímero, podría algún día conducir a tratamientos para enfermedades neurodegenerativas y lesiones de la médula espinal.
Nervios de enfermería: Christiane Gumera y Yadong Wang de Georgia Tech (arriba) observan las neuronas teñidas que crecen sobre un polímero mezclado con estructuras químicas que se asemejan al neurotransmisor acetilcolina. El polímero estimula el crecimiento de las proyecciones portadoras de información de las neuronas, conocidas como neuritas (abajo).
Mucha gente ha realizado trabajos con biopolímeros, dice Christine Schmidt, ingeniera biomédica de la Universidad de Texas en Austin. Pero esto demuestra que se puede utilizar un polímero con un neurotransmisor para guiar el crecimiento del sistema nervioso.
Investigaciones anteriores han identificado varios agentes que pueden estimular el crecimiento de células nerviosas o neuronas, una proteína llamada laminina entre ellos. Pero la laminina es soluble en agua y se disuelve rápidamente en el ambiente del cuerpo a base de agua. El material de los investigadores de Georgia Tech funcionó tan bien como la laminina, pero debido a que es insoluble en agua, es más probable que permanezca en su lugar si se inserta en el cuerpo del paciente y podría estimular el crecimiento de las células nerviosas durante semanas en lugar de días.
La acetilcolina, el neurotransmisor en el que se concentraron los investigadores, es uno de los más comunes. Como todos los neurotransmisores, transporta, amplifica y modula las señales enviadas entre neuronas. Durante años se ha sabido que la acetilcolina estimula el crecimiento de las proyecciones portadoras de información de una neurona, o neuritas: el transmisor largo y solitario llamado axón, y los muchos receptores cortos llamados dendritas. Pero las enzimas del cuerpo descomponen la acetilcolina menos de un segundo después de detectarla, ya que demasiada acetilcolina es tóxica e inhibe las neuritas.
Para darle a su sustancia química similar a la acetilcolina un efecto controlado a largo plazo, los investigadores lo adhirieron a un material que las enzimas no pueden romper: un poliéster flexible y biodegradable. Wang señala que se pueden unir otros mensajeros químicos a la columna vertebral del polímero y que todo el conjunto se descompone después de varias semanas.
Wang y Gumera colocaron un pequeño trozo de nervio de rata y el tejido circundante sobre el polímero y midieron la longitud del nervio durante los siguientes cuatro a seis días. Las neuritas crecieron de manera constante durante seis días y luego comenzaron a disminuir. La neurita más larga producida tenía más de cinco milímetros de largo, con una tasa de crecimiento máxima de 0,7 milímetros por día.
Wang y Gumera también probaron materiales en los que la acetilcolina, conocida como grupo funcional similar a la acetilcolina, y el polímero se combinaron en diferentes proporciones. El crecimiento de neuritas aumentó con la concentración del grupo funcional, hasta un 70 por ciento. Los materiales con concentraciones del grupo funcional superiores al 70 por ciento inhibieron el crecimiento de neuritas. Los investigadores también probaron el polímero contra laminina, el estándar de oro para el crecimiento de neuritas, según Wang, y el crecimiento de neuritas inducido por ambos materiales fue casi el mismo. Wang planea comenzar a trabajar en un polímero con grupos funcionales que imiten tanto a la acetilcolina como a la laminina, que espera producirá un efecto aún más fuerte.
Wang también está trabajando para fabricar el polímero en configuraciones que serían más útiles desde el punto de vista terapéutico. En este momento solo tenemos una capa plana de polímero, dice. Lo que intentamos hacer a continuación es convertir el polímero en nano o submicrofibras. Dado que el polímero está hecho de poliéster, manipularlo en otras formas debería ser una cuestión simple, dice Schmidt de la Universidad de Texas.
En las circunstancias adecuadas, las neuronas lesionadas pueden regenerarse, pero el tejido cicatricial inhibe su crecimiento. Wang, quien ha estado trabajando en la investigación de polímeros durante más de tres años, cree que algún día los cirujanos podrían enhebrar fibras de un polímero tachonado con promotores de crecimiento a través del tejido cicatricial, guiando a las neuritas a un entorno donde puedan continuar creciendo por sí mismas. . Una vez que llegue al entorno adecuado, hará que la neurona crezca muy bien, dice. Unos pocos milímetros de fibra insertados quirúrgicamente serían suficientes para superar los efectos repulsivos del tejido cicatricial.
Para tratar enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, Wang espera utilizar el polímero para generar neuronas de manera más eficiente que puedan trasplantarse a los pacientes.
Sin embargo, aún faltan años para cualquier uso terapéutico del polímero imitador de neurotransmisores. Diseñar nuevos materiales con diferentes funcionalidades es difícil, dice Schmidt. Pero esto podría conducir a nuevos resultados. Hay mucho potencial.