¿Puede un microbio peligroso ofrecer una nueva forma de silenciar el dolor?
Esporas de la bacteria del ántrax (Bacillus anthracis). Crédito: CDC
El ántrax tiene una reputación aterradora. Ampliamente conocida por causar infecciones pulmonares graves en humanos y lesiones cutáneas antiestéticas, aunque indoloras, en ganado y personas, la bacteria del ántrax incluso se ha utilizado como arma de terror.
Ahora, los hallazgos de un nuevo estudio sugieren que el temido microbio también tiene un potencial beneficioso inesperado: una de sus toxinas puede silenciar múltiples tipos de dolor en los animales.
La investigación revela que esta toxina de ántrax específica funciona para alterar la señalización en las neuronas sensibles al dolor y, cuando se administra de manera específica en las neuronas del sistema nervioso central y periférico, puede ofrecer alivio a los animales en apuros.
El trabajo, dirigido por investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard en colaboración con científicos de la industria e investigadores de otras instituciones, se publica el 20 de diciembre en Nature Neuroscience.
Además, el equipo combinó partes de la toxina del ántrax con diferentes tipos de cargas moleculares y las administró a las neuronas sensibles al dolor. La técnica se puede utilizar para diseñar nuevos tratamientos para el dolor dirigidos con precisión que actúen sobre los receptores del dolor pero sin los efectos sistémicos generalizados de los medicamentos actuales para el alivio del dolor, como los opioides.
«Esta plataforma molecular de usar un toxina para administrar sustancias en las neuronas y modular su función representa una nueva forma de atacar las neuronas que median el dolor», dijo el investigador principal del estudio, Isaac Chiu, profesor asociado de inmunología en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard.
La necesidad de expandir el arsenal terapéutico actual para el manejo del dolor sigue siendo aguda, dijeron los investigadores. Los opiáceos siguen siendo los analgésicos más efectivos, pero tienen efectos secundarios peligrosos, entre los que destaca su capacidad para reconfigurar el sistema de recompensa del cerebro, lo que los vuelve altamente adictivos, y su propensión a suprimir la respiración, lo que puede ser fatal.
» Todavía existe una gran necesidad clínica de desarrollar terapias para el dolor no opioides que no sean adictivas pero que sean efectivas para silenciar el dolor», dijo la primera autora del estudio, Nicole Yang, investigadora del HMS en inmunología en el Laboratorio Chiu. «Nuestros experimentos muestran que una estrategia, al menos experimentalmente, podría ser dirigirse específicamente a las neuronas del dolor usando esta toxina bacteriana».
Sin embargo, los investigadores advierten que, por ahora, este enfoque sigue siendo puramente experimental y aún necesita para ser probado y perfeccionado en más estudios con animales y, eventualmente, en humanos.
Preparados para conectar
Los investigadores del laboratorio de Chiu llevan mucho tiempo interesados en la interacción entre los microbios y los sistemas nervioso e inmunológico. El trabajo anterior dirigido por Chiu ha demostrado que otras bacterias que causan enfermedades también pueden interactuar con las neuronas y alterar su señalización para amplificar el dolor. Sin embargo, solo un puñado de estudios hasta ahora ha analizado si ciertos microbios podrían minimizar o bloquear el dolor. Esto es lo que Chiu y Yang se propusieron hacer.
Para el estudio actual, comenzaron tratando de determinar cómo las neuronas sensibles al dolor pueden ser diferentes de otras neuronas en el cuerpo humano. Para hacerlo, primero recurrieron a los datos de expresión génica. Una de las cosas que les llamó la atención: las fibras del dolor tenían receptores para las toxinas del ántrax, mientras que otros tipos de neuronas no los tenían. En otras palabras, las fibras del dolor estaban preparadas estructuralmente para interactuar con la bacteria del ántrax. Se preguntaban por qué.
La investigación recientemente publicada arroja luz sobre esa misma pregunta.
Los hallazgos demuestran que el silenciamiento del dolor ocurre cuando las neuronas sensoriales de los ganglios de la raíz dorsal, los nervios que transmiten señales de dolor a la médula espinal, se conectan con dos proteínas específicas fabricadas por la propia bacteria del ántrax. Los experimentos revelaron que esto ocurre cuando una de las proteínas bacterianas, el antígeno protector (PA), se une a los receptores de las células nerviosas y forma un poro que sirve como puerta de entrada para otras dos proteínas bacterianas, el factor de edema (EF) y el factor letal (LF). , para ser transportado a la célula nerviosa. La investigación demostró además que la PA y la EF juntas, conocidas colectivamente como toxina del edema, alteran la señalización dentro de las células nerviosas para silenciar el dolor.
Uso de las peculiaridades de la evolución microbiana para nuevas terapias
En un serie de experimentos, los investigadores encontraron que la toxina del ántrax alteró la señalización en las células nerviosas humanas en los platos, y también lo hizo en animales vivos.
La inyección de la toxina en la parte inferior de la columna vertebral de los ratones produjo potentes efectos de bloqueo del dolor, lo que impidió que los animales sintieran estímulos mecánicos y de alta temperatura. Es importante destacar que los otros signos vitales de los animales, como la frecuencia cardíaca, la temperatura corporal y la coordinación motora, no se vieron afectados, una observación que subrayó que esta técnica era altamente selectiva y precisa para atacar las fibras del dolor y bloquear el dolor sin efectos sistémicos generalizados.
Además, inyectar a los ratones la toxina del ántrax alivió los síntomas de otros dos tipos de dolor: el dolor causado por la inflamación y el dolor causado por el daño de las células nerviosas, que a menudo se observa después de una lesión traumática y ciertas infecciones virales como herpes zoster, o culebrilla, o como una complicación de la diabetes y el tratamiento del cáncer.
Además, los investigadores observaron que a medida que disminuía el dolor, las células nerviosas tratadas permanecían fisiológicamente intactas, un hallazgo que indica que los efectos de bloqueo del dolor no se debían a una lesión de las células nerviosas, sino a la señalización alterada en el interior a ellos.
En un paso final, el equipo diseñó un vehículo transportador a partir de proteínas de ántrax y lo utilizó para administrar otras sustancias que bloquean el dolor en las células nerviosas. Una de estas sustancias era la toxina botulínica, otra bacteria potencialmente letal conocida por su capacidad para alterar la señalización nerviosa. Ese enfoque también bloqueó el dolor en los ratones. Los experimentos demuestran que este podría ser un nuevo sistema de administración para combatir el dolor.
«Tomamos partes de la toxina del ántrax y las fusionamos con la carga de proteína que queríamos que administrara», dijo Yang. «En el futuro, uno podría pensar en diferentes tipos de proteínas para ofrecer tratamientos específicos».
Los científicos advierten que a medida que avanza el trabajo, la seguridad del tratamiento con la toxina debe monitorearse cuidadosamente, especialmente dado que la La proteína del ántrax se ha implicado en la alteración de la integridad de la barrera hematoencefálica durante la infección.
Los nuevos hallazgos plantean otra pregunta interesante: evolutivamente hablando, ¿por qué un microbio silenciaría el dolor?
Chiu cree que una explicación, muy especulativa, agregó, puede ser que los microbios hayan desarrollado formas de interactuar con su huésped para facilitar su propia propagación y supervivencia. En el caso del ántrax, ese mecanismo de adaptación puede ser a través de señales alteradas que bloquean la capacidad del huésped para sentir el dolor y, por lo tanto, la presencia del microbio. Esta hipótesis podría ayudar a explicar por qué las lesiones cutáneas negras que a veces forma la bacteria del ántrax son notablemente indoloras, añadió Chiu.
Los nuevos hallazgos también apuntan a nuevas vías para el desarrollo de fármacos más allá de las terapias tradicionales de moléculas pequeñas que se utilizan actualmente se está diseñando en todos los laboratorios.
«Traer una terapia bacteriana para tratar el dolor plantea la pregunta ‘¿Podemos extraer analgésicos del mundo natural y microbiano?'», dijo Chiu. «Hacerlo puede aumentar el rango y la diversidad de los tipos de sustancias que buscamos en busca de soluciones».
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Primer tratamiento para el dolor con células madre humanas un éxito Más información: Isaac Chiu, Las toxinas del ántrax regulan la señalización del dolor y pueden entregar cargas moleculares en las neuronas sensoriales Antxr2+ DRG, Nature Neuroscience (2021). DOI: 10.1038/s41593-021-00973-8. www.nature.com/articles/s41593-021-00973-8 Información de la revista: Nature Neuroscience
Proporcionado por la Escuela de Medicina de Harvard Cita: ¿Puede un microbio peligroso ofrecer ¿una nueva forma de silenciar el dolor? (2021, 20 de diciembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-dangerous-microbe-silence-pain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.