Células madre revelan la capacidad del cerebro adulto para regenerarse después de un accidente

El cerebro adulto no se recupera fácilmente de lesiones graves como derrames o conmociones cerebrales. Sin embargo, un equipo internacional de científicos está explorando un camino sorprendente: usar células madre para ayudar a las neuronas a reconstruir los circuitos dañados. A través de trasplantes estratégicos y técnicas avanzadas de seguimiento celular, los investigadores están aprendiendo cómo estas células podrían integrarse en el cerebro adulto, navegar el tejido cicatricial y restablecer conexiones clave, abriendo un nuevo horizonte para la medicina regenerativa.

El cerebro adulto: un terreno difícil para regenerar células

Científicos del Instituto de Descubrimiento Médico Sanford Burnham Prebys (Estados Unidos) y de la Facultad de Medicina de la Universidad Nacional Duke de Singapur (NUS) en Singapur publican en ‘Cell Stem Cell’ los resultados de una nueva terapia con células madre para potenciar la capacidad del cerebro para regenerar el daño causado por conmociones cerebrales o derrames.

En concreto, esta terapia derivada de células madre humanas, al trasplantarlas a ratones, permitió que las células maduraran, se integraran en los circuitos existentes y recuperaran su función. Al rastrear las células y secuenciar sus patrones de expresión génica, los investigadores revelaron cómo las células trasplantadas encuentran su destino y establecen conexiones con el sistema nervioso.

Es importante recordar que algunas partes de nuestro cuerpo se recuperan de una lesión con relativa rapidez. Por ejemplo, la córnea, que es la capa protectora externa del ojo, puede sanar pequeños rasguños en un solo día. Sin embargo, el cerebro no es uno de esos tejidos u órganos de rápida recuperación. Las células cerebrales adultas son estables y duran toda la vida, salvo en casos de traumas o enfermedades, mientras que algunas células que recubren nuestros intestinos solo duran cinco días y deben reemplazarse continuamente.

Cómo las células madre encuentran su camino

Científicos y médicos desean utilizar la terapia con células madre para potenciar la capacidad del cerebro para regenerar el daño causado por una conmoción cerebral o un derrame. Hasta ahora, estos tratamientos se han visto obstaculizados por los cambios cerebrales debidos a lesiones, así como por las dificultades para integrar las células regeneradas en los circuitos cerebrales existentes y restaurar funciones, tales como la retención de memoria o las habilidades motoras.

El primer desafío que enfrentan las prometedoras terapias de medicina regenerativa para el ictus y otras formas de daño cerebral es la falta de un entorno propicio. Mientras que el cerebro en desarrollo es un lugar acogedor e instructivo para las células madre que forman neuronas y conectan los circuitos del sistema nervioso, las células terapéuticas que llegan tras un ictus encuentran más hostilidad que hospitalidad.

Como explica Su-Chun Zhang, presidente de la Cátedra de Liderazgo Jeanne y Gary Herberger en Neurociencia y director del Centro de Enfermedades Neurológicas en Sanford Burnham Prebys: “En el cerebro adulto después de un derrame cerebral, se observa la formación de un quiste, una cavidad llena de todo tipo de moléculas inflamatorias. Es un poco como si las células terapéuticas estuvieran nadando en un pantano peligroso lleno de amenazas”. Además, el tejido cicatricial que rodea esta cavidad protege al cerebro de más daños, pero también crea una barrera contra cualquier posible regeneración.

Algunos estrategas de terapia celular intentan injertar nuevas células junto a la región dañada del cerebro, donde es más fácil que sobrevivan y crezcan. El objetivo es, con el tiempo, restablecer los circuitos evitando la región dañada. Sin embargo, Zhang considera que este trauma debe sanarse y no eludirse, para alcanzar los beneficios potenciales de la medicina regenerativa.

Un futuro prometedor para los accidentes cerebrovasculares

“Después de un accidente cerebrovascular, la lesión dañada suele ser muy grande y representa un desafío inmenso para los esfuerzos por reconectar funcionalmente el cerebro con el tronco encefálico y la médula espinal”, subraya Zhang. Para cubrir esta necesidad, los investigadores han desarrollado un método para favorecer la supervivencia de células terapéuticas injertadas directamente en el entorno hostil de la cavidad del ictus. Mediante una combinación de fármacos de moléculas pequeñas y proteínas estructurales, los científicos descubrieron que las células trasplantadas lograron sobrevivir y crecer en la región dañada.

“Una vez que las células trasplantadas logran sobrevivir y convertirse en neuronas, comenzamos a preguntarnos si esas neuronas pueden atravesar el tejido cicatricial y desarrollar nervios funcionales, creando nuevas conexiones y reconstruyendo los circuitos interrumpidos”, expone Zhang.

Si bien se ha demostrado que es posible trasplantar células y desarrollar nuevas neuronas, es fundamental que se establezcan las conexiones adecuadas. “Descubrimos que diferentes tipos de neuronas trasplantadas encontraron a sus propias parejas incluso en el complejo contexto del cerebro maduro”, añade Zhang. “Aún pueden encontrar sus objetivos de una manera muy específica”.

Después de realizar una reconstrucción tridimensional de las neuronas trasplantadas, los científicos observaron que los patrones de proyecciones largas y espinosas, que las neuronas utilizan para formar conexiones en el sistema nervioso, son similares a los patrones observados en las neuronas normales que pueblan la vía entre la corteza cerebral y la médula espinal.

Posteriormente, los investigadores buscaban comprender mejor la capacidad de navegación de estas neuronas regeneradas, utilizando un código de barras genético para etiquetar y rastrear las células trasplantadas. Estos datos se combinaron con los resultados de la secuenciación de los perfiles de expresión génica.

“Revelamos que cada tipo de célula tiene su propio código y, una vez que las células se convierten en neuronas, este código indica a cada célula que envíe sus proyecciones o axones a diferentes partes del cerebro y la médula espinal”, explica Zhang. “Es la primera vez que se reporta este sorprendente fenómeno, lo cual es significativo porque nos indica que, si tenemos los tipos correctos de células trasplantadas, estas ya saben dónde ir y qué hacer para reparar lo que se ha perdido”.

Los científicos utilizaron aprendizaje automático para identificar cuatro subtipos de neuronas que se desarrollan a partir de células terapéuticas trasplantadas. Cada subtipo presenta una expresión distinta de genes que guían el crecimiento de los axones, lo que explica por qué la mayoría de neuronas de un subtipo particular envían axones para formar circuitos con la misma región cerebral.

Asimismo, el equipo validó cómo los patrones de proyección axonal están influenciados por proteínas de factores de transcripción que modifican la expresión génica. Analizaron células madre modificadas que no contaban con un factor de transcripción llamado Ctip2. Los patrones de proyección de estas células trasplantadas variaron significativamente respecto a aquellas que sí lo tenían, En este caso, más axones buscaban establecer conexiones con el hipocampo y la amígdala.

“Al aprender más sobre estos subtipos de neuronas trasplantadas, podremos predecir sus proyecciones y conectividad, seleccionando tipos de células neuronales apropiados para la reconstrucción de circuitos específicos en los pacientes”, concluye Zhang. Este avance abre un futuro prometedor para la terapia celular, ayudando a millones de personas que sufren accidentes cerebrovasculares y otras afecciones neurológicas devastadoras.