Investigadores vuelven a hacer crecer la pata perdida de una rana
Rana con garras africana normal. Crédito: Pouzin Olivier
Para millones de pacientes que han perdido extremidades por razones que van desde diabetes hasta traumatismos, la posibilidad de recuperar la función a través de la regeneración natural sigue estando fuera de su alcance. El nuevo crecimiento de piernas y brazos sigue siendo la provincia de las salamandras y los superhéroes.
Pero en un estudio publicado en la revista Science Advances, científicos de la Universidad de Tufts y el Instituto Wyss de la Universidad de Harvard nos acercaron un paso más al objetivo de la medicina regenerativa.
En las ranas adultas, que son naturalmente incapaces de regenerar las extremidades, los investigadores pudieron desencadenar el nuevo crecimiento de una pierna perdida utilizando un cóctel de cinco medicamentos aplicados en una cúpula de biorreactor portátil de silicona que sella el elixir sobre el muñón durante solo 24 horas. Ese breve tratamiento pone en marcha un período de crecimiento de 18 meses que restaura una pierna funcional.
Muchas criaturas tienen la capacidad de regeneración completa de al menos algunas extremidades, incluidas las salamandras, las estrellas de mar, los cangrejos y los lagartos. Los gusanos planos incluso se pueden cortar en pedazos, y cada pedazo reconstruye un organismo completo. Los seres humanos son capaces de cerrar heridas con el crecimiento de tejido nuevo, y nuestros hígados tienen una capacidad notable, casi similar a la de un platelminto, de regenerarse a tamaño completo después de una pérdida del 50 %.
Pero la pérdida de un limbo grande y estructuralmente complejo brazo o pierna no puede ser restaurado por ningún proceso natural de regeneración en humanos o mamíferos. De hecho, tendemos a cubrir las lesiones importantes con una masa amorfa de tejido cicatricial, protegiéndolas de una mayor pérdida de sangre e infecciones y previniendo un mayor crecimiento.
Inicio de la regeneración
Los investigadores de Tufts desencadenaron el proceso regenerativo en ranas con garras africanas al encerrar la herida en una tapa de silicona, a la que llaman BioDome, que contiene un gel de proteína de seda cargado con el cóctel de cinco fármacos.
Cada fármaco cumplía un propósito diferente, incluido aplastando la inflamación, inhibiendo la producción de colágeno que conduciría a la cicatrización y fomentando el nuevo crecimiento de fibras nerviosas, vasos sanguíneos y músculos. La combinación y el biorreactor proporcionaron un entorno local y señales que inclinaron la balanza lejos de la tendencia natural a cerrar el muñón y hacia el proceso regenerativo.
Los investigadores observaron un crecimiento espectacular del tejido en muchos de los ranas tratadas, recreando una pierna casi completamente funcional. Las nuevas extremidades tenían una estructura ósea extendida con características similares a la estructura ósea de una extremidad natural, un complemento más rico de tejidos internos (incluidas las neuronas) y varios «dedos de los pies» crecieron desde el extremo de la extremidad, aunque sin el apoyo del hueso subyacente.
La extremidad regenerada se movió y respondió a estímulos como el toque de una fibra rígida, y las ranas pudieron usarla para nadar en el agua, moviéndose como lo haría una rana normal.
«Es emocionante ver que los medicamentos que seleccionamos ayudaron a crear una extremidad casi completa», dijo Nirosha Murugan, investigadora afiliada del Allen Discovery Center en Tufts y primera autora del artículo. «El hecho de que solo requirió una breve exposición a las drogas para poner en marcha un proceso de regeneración de meses de duración sugiere que las ranas y quizás otros animales pueden tener capacidades regenerativas latentes que pueden activarse».
Los investigadores exploraron los mecanismos por los cuales la intervención breve podría conducir al crecimiento a largo plazo. Dentro de los primeros días después del tratamiento, detectaron la activación de vías moleculares conocidas que normalmente se usan en un embrión en desarrollo para ayudar a que el cuerpo tome forma.
La activación de estas vías podría permitir la carga del crecimiento y la organización de tejido para ser manipulado por la propia extremidad, de forma similar a como ocurre en un embrión, en lugar de requerir una intervención terapéutica continua durante los muchos meses que lleva el crecimiento de la extremidad.
Cómo funciona el BioDome
Los animales naturalmente capaces de regenerarse viven principalmente en un ambiente acuático. La primera etapa de crecimiento después de la pérdida de una extremidad es la formación de una masa de células madre al final del muñón llamada blastema, que se utiliza para reconstruir gradualmente la parte del cuerpo perdida. La herida se cubre rápidamente con células de la piel dentro de las primeras 24 horas después de la lesión, protegiendo el tejido de reconstrucción que se encuentra debajo.
«Los mamíferos y otros animales en regeneración generalmente tendrán sus lesiones expuestas al aire o haciendo contacto con el suelo , y pueden tardar días o semanas en cerrarse con tejido cicatricial», dijo David Kaplan, profesor de ingeniería de la familia Stern en Tufts y coautor del estudio. «El uso de la tapa BioDome en las primeras 24 horas ayuda a imitar un entorno similar al amniótico que, junto con los medicamentos adecuados, permite que el proceso de reconstrucción continúe sin la interferencia del tejido cicatricial».
Próximos pasos en ranas y mamíferos
El trabajo anterior del equipo de Tufts mostró un grado significativo de crecimiento de las extremidades provocado por un solo fármaco, la progesterona, con el BioDome. Sin embargo, la extremidad resultante creció como un pico y estaba lejos de ser la extremidad funcional de forma más normal lograda en el estudio actual.
El cóctel de cinco medicamentos representa un hito significativo hacia la restauración de extremidades de rana completamente funcionales. y sugiere que una mayor exploración de las combinaciones de fármacos y factores de crecimiento podría conducir a la regeneración de extremidades que son aún más completas funcionalmente, con dedos normales, membranas y características esqueléticas y musculares más detalladas.
«Estaremos probando cómo este tratamiento podría aplicarse a los mamíferos a continuación», dijo el autor correspondiente Michael Levin, profesor de biología Vannevar Bush en la Escuela de Artes y Ciencias, director del Allen Discovery Center en Tufts y miembro asociado de la facultad del Instituto Wyss.
«Cubrir la herida abierta con un entorno líquido bajo el BioDome, con el cóctel de fármacos adecuado, podría proporcionar las primeras señales necesarias para poner en marcha el proceso regenerativo», dijo. «Es una estrategia enfocada en desencadenar programas de patrones anatómicos inherentes latentes, no en microgestionar el crecimiento complejo, ya que los animales adultos aún tienen la información necesaria para crear sus estructuras corporales».
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Por qué las ranas no pueden regenerar las extremidades perdidas como los ajolotes Más información: Nirosha J. Murugan et al. recuperación funcional en adultos Xenopus laevis, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abj2164. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj2164 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Universidad de Tufts Cita: Los investigadores vuelven a hacer crecer la pata perdida de la rana (2022, 26 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-regrow-frog-lost-leg.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.