Científicos de la Universidad de Cambridge han creado diminutos sistemas de cerebro y médula espinal cultivados en laboratorio que imitan cómo viajan las señales de movimiento a través del sistema nervioso humano. Usando este modelo, el equipo descubrió que el daño nervioso que alguna vez se creyó permanente podría ser reversible bajo ciertas condiciones.
A medida que el cuerpo humano se desarrolla de embrión a feto y eventualmente a bebé, las neuronas forman complejas redes de comunicación entre el cerebro y la médula espinal. Estas señales viajan a través de los axones, las largas fibras nerviosas que permiten a las neuronas enviar mensajes y controlar el movimiento muscular. Con el tiempo, sin embargo, el sistema nervioso central pierde en gran medida su capacidad para regenerar axones dañados. Como resultado, las lesiones en el cerebro o la médula espinal a menudo se vuelven permanentes, provocando discapacidades graves como parálisis o pérdida de movimiento. Esta pérdida de capacidad regenerativa también está relacionada con enfermedades neurológicas como la enfermedad de la neurona motora y la esclerosis múltiple.
En 2021, el Dr. András Lakatos y sus colegas de la Universidad de Cambridge desarrollaron modelos miniatura de cerebro humano utilizando células madre de pacientes. Estos "organoides cerebrales" del tamaño de un guisante se asemejaban a partes de la corteza cerebral y permitieron a los investigadores estudiar cambios moleculares relacionados con la enfermedad de la neurona motora y explorar formas de prevenirlos. Ahora, en un nuevo estudio publicado en Cell Reports, los investigadores ampliaron ese trabajo construyendo una versión miniatura del sistema conectado de cerebro y médula espinal humanos. Debido a que el cerebro y la médula espinal son estructuras separadas pero conectadas en el cuerpo, el equipo mantuvo los organoides físicamente separados en el laboratorio. Luego observaron cómo los axones del tejido cerebral crecían a través del espacio y se conectaban con el tejido de la médula espinal. El circuito neural resultante era lo suficientemente funcional como para desencadenar contracciones en pequeños grupos de células musculares.
Los científicos mantuvieron estos sistemas miniatura en el laboratorio durante más de un año. Descubrieron que hasta aproximadamente el día 150 de desarrollo, que corresponde aproximadamente a la etapa media del embarazo, los axones dañados aún podían regenerarse. Después de ese punto, las neuronas mostraron una disminución importante en su capacidad de regeneración. George Gibbons, del Departamento de Neurociencias Clínicas de la Universidad de Cambridge y primer autor del estudio, dijo: "Las neuronas tomadas de organoides menos maduros regeneraron fibras largas después de una lesión, pero las de organoides más maduros mostraron una caída brusca en su capacidad de regeneración. En otras palabras, la mala regeneración está incorporada en las neuronas humanas a medida que maduran en el sistema nervioso central".
El equipo analizó la actividad genética en las neuronas que conectan el cerebro y la médula espinal. Su trabajo reveló una red de genes que actúa como un interruptor biológico, limitando el crecimiento de axones a medida que las neuronas maduran y forman sinapsis. Sorprendentemente, cuando los investigadores bloquearon reguladores clave dentro de esta red, las neuronas recuperaron la capacidad de hacer crecer axones nuevamente. Los investigadores también buscaron en una base de datos de compuestos farmacológicos para identificar medicamentos que afectan esta red genética recién identificada. Un candidato prometedor fue el linestrenol, un fármaco hormonal actualmente aprobado para ciertos trastornos menstruales y uso anticonceptivo. Cuando el fármaco se probó en neuronas dañadas, mejoró significativamente el recrecimiento de axones.
Los científicos notaron que el tejido cicatricial y la inflamación también pueden interferir con la reparación nerviosa después de una lesión. Sin embargo, comprender los mecanismos biológicos específicos de las neuronas que limitan la regeneración sigue siendo críticamente importante. Evidencia previa ha demostrado que las neuronas más jóvenes pueden crecer a través de entornos que normalmente bloquean la reparación en los sitios de lesión. El autor principal, Dr. András Lakatos, quien dirigió el estudio en el Departamento de Neurociencias Clínicas, dijo: "Cuando el cerebro y la médula espinal se dañan, las fibras nerviosas que transportan señales de movimiento del cerebro a la médula espinal rara vez vuelven a crecer. Por eso la parálisis suele ser permanente. Pero no sabíamos exactamente cuándo se limita la capacidad de regeneración de los axones. Nuestro modelo proporciona una buena"