Los tractos nerviosos cortados son muy difíciles de tratar. En todo caso, el daño hasta ahora solo puede repararse mediante operaciones complejas. En el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, hemos desarrollado materiales que estimulan el crecimiento de los nervios dañados. Los resultados de las pruebas iniciales en ratones muestran que los tractos nerviosos se pueden regenerar de esta manera.

Texto: Christopher V. Synatschke/Tanja Weil

¿Alguna vez ha intentado sostener un bolígrafo sin usar el pulgar? Entonces sabrás lo difícil que es esto. Lo que puede parecer un ejercicio interesante con los dedos es para muchos una amarga realidad. Si las vías nerviosas se dañan o se cortan por completo como resultado de un accidente de tráfico o una lesión laboral, las extremidades individuales o incluso partes enteras del cuerpo pueden entumecerse y, a menudo, ya no se pueden mover. En el pasado, la única oportunidad de restaurar su funcionalidad ha sido a través de la cirugía. Algunas operaciones implican la extracción de hebras nerviosas de otra parte del cuerpo y su reinserción en el lugar dañado. De esta manera, las terminaciones nerviosas dañadas pueden volver a crecer juntas, restaurando un cierto grado de movimiento en la parte afectada.

El crecimiento requiere estructura

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always exitoso. Además, un armazón de proteínas rodea los nervios sanos, y las fibras nerviosas lesionadas dependen de que este armazón permanezca intacto. Sin embargo, las lesiones a menudo dañan no solo el tracto nervioso en sí, sino también este marco. Esta llamada matriz extracelular forma el andamiaje de las vías nerviosas. Al igual que las plantas de tomate necesitan un enrejado, las células nerviosas necesitan esta matriz para crecer al lado. En el Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros, hemos desarrollado un material que consiste en bloques de construcción endógenos, que se pueden usar para reemplazar esta matriz. Y como se demostró, el marco artificial ayuda a los nervios dañados a regenerarse. La matriz natural consiste en proteínas particulares: moléculas de cadena larga dobladas como bolas de lana. Un gran número de estas pequeñas bolas de lana se alinean para formar fibras largas. Estas diversas fibras forman una red, la matriz extracelular, a la que las células nerviosas pueden aferrarse.

Fibras de construcción lego

Para que estas proteínas se formen, deben tener lugar numerosos procesos bioquímicos complejos dentro del cuerpo, demasiado complejos para ser recreados en un tubo de ensayo. Nuestra investigación tiene un enfoque diferente: aunque utilizamos los mismos materiales básicos que componen la matriz extracelular, los ensamblamos de una forma más simple. Utilizamos moléculas de cadena corta conocidas como péptidos, que, al igual que las proteínas, se componen de bloques de construcción de aminoácidos. Producimos estos péptidos con precisión química, lo que nos permite determinar la posición exacta de cada bloque de construcción individual.

Para usar una analogía, nuestro diseño químico preciso crea «pernos» y «agujeros» correspondientes en las moléculas, similares a los ladrillos de Lego. Dos moléculas de péptidos sintetizadas de esta manera se alinearán de forma natural para que el perno y el orificio se encuentren. Esto crea una estructura estable. Pudimos usar esta técnica para producir fibras largas que, a pesar de su diferente estructura microscópica, se asemejan mucho a las fibras de la matriz extracelular del nervio en forma y composición química.

Del tubo de ensayo al ratón

¿Cómo se comportan las células nerviosas cuando van a crecer en esta matriz extracelular artificial? ¿Cómo cambian estas características de crecimiento cuando alteramos los péptidos utilizados originalmente? Investigamos estas cuestiones en colaboración con nuestro par tner Bernd Knöll, profesor del Instituto de Medicina Fisiológica de la Universidad de Ulm. Producimos varias estructuras peptídicas, las depositamos en sustratos de vidrio y cultivamos células nerviosas en ellas. Mientras que las células ner en algunas estructuras de fibra apenas crecían, en otras vimos la rápida formación de axones, protuberancias delgadas que crean las conexiones con otras células nerviosas.

Junto con nuestros colegas de la Universidad de Ulm, luego utilizamos modelos animales para probar la estructura de fibra que apoyaba el mejor crecimiento de las células nerviosas. Cortamos quirúrgicamente el nervio facial de un ratón en un lado, que controla el movimiento de sus bigotes. Luego tomamos los péptidos formadores de fibra y los inyectamos en el hueco del nervio. Después de 18 días, el ratón fue capaz de mover sus bigotes de nuevo hasta cierto punto; las vías nerviosas aparentemente habían vuelto a crecer juntas.

Dado que los péptidos utilizados en nuestras fibras artificiales se asemejan a las proteínas naturales de la matriz extracelular, esperamos que mientras el material permanezca en su lugar durante el proceso de curación, el cuerpo pueda descomponerlo con el tiempo. Hasta ahora hemos podido demostrar que el material que queda en el lugar de la inyección está disminuyendo lentamente. Sin embargo, si esto se debe a la degradación biológica o a la distribución en el cuerpo requiere una investigación más profunda.

Propiedades pioneras

Como se muestra en el experimento de laboratorio en ratones, el daño inicial a los tractos nerviosos se puede reparar utilizando nuestra matriz artificial. Sin embargo, antes de utilizar el material en aplicaciones clínicas, se requiere una mayor optimización, ya que las células nerviosas de nuestro material aún no crecen tan bien como en la matriz natural. También crecen de una manera bastante desordenada en todas las direcciones. Nuestro siguiente paso será integrar los llamados factores de crecimiento en la matriz artificial para acelerar aún más el proceso de curación. Además, queremos orientar las estructuras de fibra inyectada para ayudar a las células nerviosas a crecer en una dirección específica.

Estamos seguros de que nuestra matriz extracelular artificial podría representar una buena alternativa a la cirugía compleja para lesiones menores en los tractos nerviosos. La investigación adicional también podría conducir a un método para tratar no solo las lesiones en el sistema nervioso periférico, sino también en el sistema nervioso central.