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Lunes, 27 enero 2014
Neurología

Reprogramación de células gliales para obtener neuronas funcionales

Una innovadora tecnología, recientemente refinada y presentada, permite reprogramar in vivo ciertas células gliales, obteniendo de este modo neuronas funcionales, potencialmente capaces de sustituir a las dañadas tras una lesión cerebral o en el Mal de Alzheimer, a juzgar por los experimentos realizados en modelos animales.

El método desarrollado por el equipo de Gong Chen, profesor de biología en la Universidad Estatal de Pensilvania, en Estados Unidos, podría marcar un antes y un después en la medicina regenerativa del cerebro. "Esta tecnología puede ser desarrollada en un nuevo tratamiento terapéutico para las lesiones traumáticas del cerebro y de la médula espinal, derrame cerebral, enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson y otros trastornos neurológicos", aventura Chen.

Cuando el cerebro sufre daños por una lesión o enfermedad, a menudo las neuronas mueren o pierden funcionalidad, pero las células gliales se vuelven más abundantes y activas. Estas células gliales "reactivas", a las que podríamos comparar con bomberos, médicos de urgencias, policías y demás personal de emergencias, inicialmente construyen un sistema de defensa para evitar que bacterias y toxinas invadan los tejidos sanos, pero este proceso acaba formando "cicatrices gliales" que limitan el crecimiento de neuronas sanas, al impedir que las neuronas necesarias vuelvan a poblar debidamente la zona dañada. El resultado final es una zona donde hay muchas células gliales y pocas neuronas funcionales.

Chen se planteó si, ante esta situación, no sería más fácil reprogramar a las células gliales ya aposentadas donde deberían estar las neuronas, en vez de intentar sustituir todo el proceso. Él y sus colaboradores se pusieron manos a la obra y probaron nuevas maneras de transformar el tejido cicatricial producido por las células gliales a fin de que volviera a ser un tejido neural normal.

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El equipo de Gong Chen ha reprogramado células gliales para obtener neuronas funcionales, esenciales para transmitir señales en el cerebro, mostradas en verde en esta imagen del cerebro de un ratón con la enfermedad de Alzheimer. Las áreas rojas son los núcleos, teñidos de rojo, de neuronas. (Imagen: Laboratorio de Gong Chen, Universidad Estatal de Pensilvania)

Chen y su equipo comenzaron estudiando cómo las células gliales reactivas responden a una proteína específica, NeuroD1, conocida por su importante papel en la formación de células nerviosas en el área del hipocampo del cerebro adulto. Chen y sus colaboradores se plantearon que expresar la proteína NeuroD1 en las células gliales reactivas en el sitio de la lesión, podría ayudar a generar nuevas neuronas, tal como lo hace en el hipocampo.

El equipo de Chen investigó si las células gliales reactivas pueden transformarse en neuronas funcionales después de inyectar NeuroD1, mediante un retrovirus controlado, en la corteza cerebral de ratones adultos. Los científicos descubrieron que dos tipos de células gliales: los astrocitos y las células gliales NG2 se reprogramaron pasando a ejercer de neuronas, dentro de la semana posterior a la aplicación de la NeuroD1 mediante el retrovirus. Curiosamente, la reprogramación convirtió a los astrocitos en neuronas excitatorias, mientras que la reprogramación de las células gliales NG2 dio como resultado tanto neuronas excitatorias como neuronas inhibitorias, lo que permite lograr un equilibrio de excitación-inhibición en el cerebro después de la reprogramación.

Los exámenes electrofisiológicos demostraron que las nuevas neuronas obtenidas a partir de la aplicación de la NeuroD1 podían recibir señales de neurotransmisores de otras células nerviosas, lo que sugiere una integración exitosa en los circuitos neuronales locales.

Después, Chen y su equipo usaron un modelo animal transgénico (ratón) de la enfermedad de Alzheimer, y demostraron en los puntos dañados del cerebro del ratón una conversión exitosa de células gliales de los tipos indicados a neuronas funcionales.

Además, el equipo demostró que incluso en ratones afectados con la enfermedad de Alzheimer que tenían 14 meses de edad, una edad equivalente a 60 años en los seres humanos, la aplicación de la proteína NeuroD1 mediante retrovirus en la corteza cerebral de los animales puede inducir la formación de una gran cantidad de nuevas neuronas, fruto de la reprogramación de células gliales reactivas. Por lo tanto, la tecnología de conversión demostrada en esta investigación con ratones podría probablemente ser usada para un tratamiento de regeneración que produjera neuronas funcionales en personas con enfermedad de Alzheimer, tal como aventura Chen.

Para asegurarse de que el método de conversión de célula glial a neurona no se limita a los roedores, Chen y su equipo probaron adicionalmente el método en células gliales humanas cultivadas. En las tres primeras semanas después de la expresión de la proteína NeuroD1, los científicos vieron en el microscopio que las células gliales humanas estaban cambiando su forma, abandonando la típica de tales células, para adoptar la propia de las neuronas normales, con sus axones (las "ramas" largas) y las dendritas (las "ramitas" cortas). El equipo de Chen realizó pruebas adicionales de funcionamiento en estas neuronas humanas recién convertidas y encontró que, en efecto, eran capaces de emitir neurotransmisores y también de recibirlos y reaccionar a ellos.

"Nuestro sueño es hacer que este método de conversión in vivo se vuelva una terapia útil para tratar a personas con lesiones neurales o enfermedades neurológicas", explica Chen. "Nuestra motivación más vehemente para esta investigación es la idea de que un paciente con el Mal de Alzheimer, que durante mucho tiempo no era capaz de recordar las cosas, pueda empezar a tener nuevos recuerdos después de la generación de nuevas neuronas como resultado de nuestro método de conversión in vivo, y que una víctima de derrame cerebral que no podía mover ni sus piernas, pueda empezar a caminar de nuevo".

Además de Chen, otros científicos que han contribuido a esta investigación son Ziyuan Guo, Lei Zhang, Zheng Wu, Yuchen Chen, y Fan Wang, todos de la Universidad Estatal de Pensilvania.

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