‘Moléculas danzantes’ reparan con éxito lesiones graves de la médula espinal en ratones
Sección longitudinal de la médula espinal tratada con el andamio terapéutico más bioactivo. Los axones regenerados (rojo) volvieron a crecer dentro de la lesión. Crédito: Laboratorio Samuel I. Stupp/Universidad de Northwestern
Investigadores de la Universidad de Northwestern han desarrollado una nueva terapia inyectable que utiliza «moléculas danzantes» para revertir la parálisis y reparar el tejido después de lesiones graves de la médula espinal.
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 edición del 12 de noviembre de la revista Science.
Al enviar señales bioactivas para activar las células para reparar y regenerar, 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 perceptibles. 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.
Un ratón paralizado (izquierda) arrastra las patas traseras, en comparación con un ratón paralizado que ha recuperado su capacidad mover las piernas después de recibir la terapia inyectable de Northwestern. Crédito: Laboratorio Samuel I. Stupp/Universidad de Northwestern
«Nuestra investigación tiene como objetivo encontrar una terapia que pueda evitar que las personas queden paralizadas después de un traumatismo o una enfermedad importantes», 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 después de la aparición de una enfermedad degenerativa». 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». 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 de Weinberg y la Facultad de Medicina de Feinberg.
La esperanza de vida no ha mejorado desde la década de 1980
Según National Spinal Cord Injury Statistical Center, 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 más baja que la de las personas sin lesiones de la médula espinal y no ha mejorado desde la década de 1980.
«Actualmente, no hay terapias que desencadenen la regeneración de la médula espinal», dijo Stupp, un 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 accidente cerebrovascular».
Una animación simple muestra cómo una sola inyección restablece las conexiones en el sistema nervioso debajo del sitio de una lesión grave de la médula espinal. Crédito: Laboratorio Samuel I. Stupp/Mark Seniw/Universidad de Northwestern
Las ‘moléculas danzantes’ golpean objetivos en movimiento
El secreto detrás de la nueva terapia revolucionaria de Stupp es ajustar el movimiento de las moléculas para que puedan encontrar y involucrar a 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, imitar el movimiento de las moléculas biológicas e incorporar 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, son capaces de conectarse más eficazmente 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 pacientes paralizados. ratones. 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, usted puedo imaginar que las moléculas que se mueven más rápido encontrarían estos receptores con más frecuencia», dijo Stupp. «Si las moléculas son lentas y no tan ‘sociales’, es posible que nunca entren en contacto con las células».
Las nanofibras que contienen moléculas que transmiten dos señales bioactivas diferentes (verde y naranja) interactúan de manera más efectiva con los receptores celulares (amarillo y azul) como resultado del rápido movimiento de las moléculas. Crédito: Laboratorio Samuel I. Stupp/Mark Seniw/Universidad de Northwestern
Una inyección, dos señales
Una vez conectadas a los receptores, las moléculas en movimiento desencadenan dos señales en cascada, las cuales son fundamentales para la médula espinal reparar. 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 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, directora del estudio. primer autor y ex profesor 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».
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: Laboratorio Samuel I. Stupp/Universidad de 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 de que el «movimiento supramolecular» es un factor clave en la bioactividad se puede aplicar a otras terapias y objetivos.
«Los tejidos del sistema nervioso central que hemos regenerado con éxito en la médula espinal lesionada son similares a aquellos en el cerebro afectados por accidente cerebrovascular 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 a todos los objetivos biomédicos».
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El ARN liberado de las células dañadas actúa como una señal para iniciar la reparación después de una lesión Más información: Zaida Alvarez et al, Bioactive Scaffolds with Enhanced Supramolecular Motion Promote Recovery from Spinal Cord Injury, Ciencia (2021). DOI: 10.1126/ciencia.abh3602. www.science.org/doi/10.1126/science.abh3602 Información de la revista: Science
Proporcionado por la Universidad Northwestern Cita: «Moléculas danzantes» reparan con éxito la médula espinal grave lesiones en ratones (2021, 11 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-molecules-successfully-severe-spinal-cord.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.