Trabajo de reparación nervioso

En un laboratorio de la Universidad de Pensilvania, un plato de plástico contiene dos hileras de pequeños puntos negros, pares de ellos conectados por docenas de filamentos delgados como pelos. Cada punto es un grupo de miles de neuronas, explica Douglas Smith, profesor de neurocirugía y director del Centro de Penn para la reparación y lesiones cerebrales. Las fibras que se extienden entre ellos en realidad comprenden miles de axones, proyecciones largas y delgadas que conducen impulsos eléctricos lejos del cuerpo central de cada neurona. Estos haces, cada uno un nervio diseñado en laboratorio, representan puentes físicos que Smith espera que ayuden a investigadores como él a reparar lesiones previamente irreparables.

En el Centro de Reparación y Lesiones Cerebrales de la Universidad de Pensilvania, el profesor de neurocirugía Douglas Smith usa tensión mecánica para acelerar el crecimiento de los implantes que espera reparen el daño nervioso.

Cuando se cortan o aplastan secciones de los nervios del cuerpo, mueren. Aunque los nervios pueden regenerarse, lo hacen a un ritmo glacial de aproximadamente un milímetro al día. Y hay otra trampa: a medida que crecen nuevos axones, necesitan la vaina nerviosa original, una membrana protectora formada por varios tipos diferentes de células, para guiarlos hacia el área que ha perdido su función. Esa vaina comienza a desintegrarse después de unos tres meses sin un nervio vivo en ella. Es una carrera contra el tiempo, dice Smith. Un nervio cortado en, digamos, la muñeca puede abarcar la corta distancia hasta la mano y sanar a tiempo para restaurar la función. Sin embargo, si se corta el mismo nervio cerca del hombro, es casi seguro que la persona perderá el uso completo de esa mano, ya que el nuevo crecimiento no llegará a la mano antes de que muera la vaina.

Esta historia fue parte de nuestro número de enero de 2010

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Ni siquiera las técnicas experimentales más avanzadas han podido restaurar la función nerviosa en sitios alejados de una lesión. Smith pensó que podría facilitar la regeneración nerviosa rápida mediante el uso de nervios cultivados en laboratorio como una especie de andamio que los médicos podrían colocar donde el nervio de un paciente ha muerto. Aunque el nervio implantado no transmitiría señales por sí mismo, la presencia del tejido vivo podría guiar el nervio en regeneración del cuerpo de regreso al sitio de la lesión mientras se mantiene intacta la vaina nerviosa desprendida.

Para lograr que los nervios diseñados crecieran lo suficiente para abarcar el área lesionada en el momento del trasplante, aplicó una tensión física leve y gradualmente creciente; Este proceso, descubrió, alentaba a los nervios a crecer casi 100 veces más rápido de lo que los científicos habían creído posible. Y los nervios crecieron no solo más largos sino también más gruesos, aparentemente porque se forman proteínas adicionales en respuesta a la tensión. Smith y su equipo introdujeron estos nervios diseñados en ratas a las que se les cortó parte de los nervios de las piernas. En cuatro meses, cuando los nervios naturales comenzaron a regenerarse en los cuerpos de las ratas, los trasplantes ayudaron a guiar esos nervios a través de los abismos, restaurando con éxito la función de las patas de las ratas.

Estirándolo
Para realizar los trasplantes de nervios largos, Smith y su equipo primero recolectan neuronas sensoriales (células que transmiten información al cerebro) de la médula espinal de ratas fetales. Luego, el técnico de investigación Kevin Browne pipetea una proteína rosa gelatinosa llamada colágeno en dos películas adyacentes en una cámara especialmente construida. Aproximadamente del tamaño de una caja de zapatos, alberga un aparato de estiramiento compuesto por un bloque vertical unido a varillas de metal. Una de las películas pequeñas y transparentes, llamada membrana de remolque, está suspendida en un extremo por el bloque y se curva hacia abajo casi hasta la base de la cámara, donde se superpone a la segunda membrana. Browne coloca un conjunto de neuronas en el colágeno de la membrana de remolque y otro en la membrana inferior. En este punto, los dos grupos están separados por menos de 100 micrómetros (dos pelos de ancho). Coloca toda la instalación en una incubadora zumbante que funciona a 37 ° C, imitando la temperatura interna de una rata.

Al día siguiente, Browne gotea una solución de enzimas y otras proteínas en las membranas con una pipeta; la solución estimula a las neuronas a producir axones. Lentamente, un axón de una sola neurona se extiende y forma una conexión sináptica con una neurona al otro lado del camino. Después de unos cinco días, los axones se han conectado de forma segura a sus neuronas vecinas y Browne conecta las varillas de la cámara a un motor controlado por computadora. El motor tira de la membrana de remolque lejos de la membrana inferior a una velocidad variable que ha sido determinada por prueba y error.

Después de aproximadamente tres a cinco días de aumentar gradualmente la tensión, el equipo puede comenzar a estirar los axones tan rápido como un centímetro por día (aproximadamente 100 veces la velocidad a la que los nervios en regeneración crecen en el cuerpo), aunque los trasplantes más cortos se pueden estirar más lentamente. .

Trabajo de reparación
Después de aproximadamente una semana de estiramiento lento, Browne saca la caja de elongación de la incubadora. Utiliza una pipeta para agregar más colágeno, que actúa como un pegamento suave, sobre las células. Luego saca las fibras nerviosas y las neuronas adheridas de las películas. Con unas pinzas microscópicas, Browne deja caer el nuevo nervio, ahora de aproximadamente un centímetro de largo, en un tubo con forma de pajilla que se ha dividido a lo largo. El tubo, hecho de un material biodegradable que se disuelve dentro del cuerpo, sirve como vaina nerviosa sintética. Browne lo sutura o pega firmemente con el nervio adentro.

En experimentos iniciales diseñados para probar la capacidad del trasplante para reparar lesiones nerviosas, Smith extrae aproximadamente un centímetro del nervio ciático de una rata, que atraviesa las nalgas y baja por la parte posterior de cada pierna hasta el tobillo y el pie, llevando mensajes desde la médula espinal a los diversos músculos de las piernas. Luego coloca el tubo en el espacio donde estaba el nervio. Con unas pinzas, empuja suavemente un muñón de la vaina del nervio ciático de la rata en cada extremo del tubo y lo sella con pegamento de fibrina. Sin el implante en su lugar, la parte de la vaina nerviosa debajo del corte se degeneraría y la rata perdería el movimiento en esa pierna. Los nervios cultivados en el laboratorio proporcionan una vía viva para la regeneración, lo que estimula a las propias motoneuronas de la rata a crecer en la dirección correcta y mantiene viva la vaina.

Smith dice que en las pruebas realizadas en más de 40 ratas, su grupo ha tenido casi un 100 por ciento de éxito en restaurar la capacidad de caminar de los animales. Cuando los investigadores diseccionaron esas ratas, encontraron que habían crecido nuevos axones de sus médulas espinales y se habían entrelazado con los nervios trasplantados. Las neuronas dentro de los tubos también habían dado lugar a nuevos axones que se extendían fuera del tubo en ambas direcciones y se mezclaban aún más con los propios axones en regeneración de las ratas.

Smith y su equipo creen que los implantes nerviosos más largos podrían ayudar a reparar lesiones más extensas; hasta ahora, el nervio más largo que han crecido es de aproximadamente 10 centímetros. También han demostrado que el proceso de estiramiento funciona en neuronas humanas de donantes de órganos. Smith espera comenzar a probar los implantes de origen humano en pacientes con lesiones nerviosas en los próximos dos años.

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