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Historia de la investigación de la lesión de la médula

Del antiguo Egipto al presente: Investigación de la lesión de la médula espinal

A lo largo de toda la historia científica y médica, las lesiones de la médula espinal y la parálisis se han considerado irreversibles e intratables. Si nos remontamos al antiguo Egipto, los doctores creían que no podían hacer nada para ayudar a una persona con daño medular. Incluso cuando nuestra comprensión del sistema nervioso y su función se profundizó con el paso de los años, persistió la creencia de que los nervios del sistema nervioso central (SNC, es decir el cerebro y la médula espinal) simplemente no podían volver a crecer una vez que se lesionaban.

Recién en los últimos 35 años aproximadamente este dogma ha sido dejado a un lado. Durante mucho tiempo se ha sabido que los nervios periféricos dañados del cuerpo son capaces de regenerarse y pueden restablecerse para una función completa. Los científicos se preguntaban qué había de especial en el entorno de los nervios periféricos.

En la década de 1980, experimentos con ratas mostraron que las células del sistema nervioso central podían hacer crecer nuevamente sus fibras nerviosas, o axones, en condiciones de laboratorio que imitaban al sistema nervioso periférico (SNP).

¿Por qué? En parte porque el entorno del SNP proporciona ciertos nutrientes que les gustan a los axones del SNC y en parte porque el entorno del SNC contiene moléculas que son activamente hostiles a la reparación de los nervios.

Los investigadores comenzaron a identificar las condiciones moleculares exactas que alientan a los axones a regenerarse en el cuerpo vivo. También descubrieron los factores que impiden que los axones del SNC vuelvan a crecer. A fines de la década de 1980, se identificó el primero de estos obstáculos: potentes proteínas bloqueadoras de la regeneración producidas por la vaina de mielina que envuelve los nervios del sistema nervioso central. Al eliminar las proteínas bloqueadoras, los axones podían crecer con bastante robustez.

Este descubrimiento inyectó nueva vida a un campo que se había rechazado por improbable e introdujo una nueva era de investigación en el rango completo de la biología de la médula espinal.

Neuroprotección

Década de 1990: Los científicos descubrieron que un traumatismo de la médula espinal se produce como una prolongada cascada de daños.

Primero está el impacto que lesiona la médula, seguido por una secuencia de daño celular relacionado con la inflamación y el caos químico en la zona de la lesión. Un medicamento, un esteroide, se aprobó en 1990 para las lesiones medulares graves.

Actualidad: El trabajo continúa para desarrollar un tratamiento agudo efectivo para el traumatismo de la médula espinal, con una mucho mejor comprensión del entorno molecular posterior a la lesión, incluyendo nuevos descubrimientos sobre la función de las glías, la presión arterial y la respuesta inmunológica.

Hay numerosos estudios clínicos en curso para evaluar medicamentos, enfriamiento o terapias celulares que han mostrado minimizar el daño nervioso y preservan la función en estudios con animales.

Cómo promover el crecimiento de axones

Década de 1990: Los científicos comenzaron a tratar los traumatismos nerviosos con sustancias que promovían el crecimiento de los axones directamente o que bloqueaban las moléculas supresoras del crecimiento. Esas estrategias fueron satisfactorias para revivir las neuronas lesionadas individuales y, en modelos con animales, también dieron lugar a una recuperación parcial de la función de la médula espinal.

Actualidad: Los científicos siguen modificando el entorno del SNC para hacerlo más hospitalario para las neuronas en crecimiento. Se han identificado varias moléculas intrínsecas que promueven o rechazan el crecimiento, así como se han identificado y se siguen evaluando varias moléculas promotoras del crecimiento.

Una nueva área interesante de investigación ha mostrado que un axón dañado en sí no puede montar una respuesta vigorosa a una lesión. Al entender los códigos genéticos del cuerpo relacionados con el desarrollo embrionario, los científicos han podido reiniciar la respuesta del cuerpo a las lesiones, diseñando así un crecimiento de axones sin precedentes. Aunque es un desarrollo importante, este rumbo de investigación requiere más estudio.

Que un axón dañado simplemente vuelva a crecer no es suficiente para restablecer la función de las neuronas. El axón que crece tiene que ser nutrido y apoyado y, después, conectado a un objetivo que produzca una función útil y sin dolor ni espasticidad.

Cómo mejorar el crecimiento compensatorio

Década de 1990: Los científicos observaron que los tratamientos destinados a reparar los axones dañados también ayudaban a las neuronas sanas circundantes a crecer y a apoyar a las células que se recuperaban.

Actualidad: Los investigadores están trabajando en la adaptación de este proceso para reconstruir redes neuronales dañadas pero intactas, especialmente en personas con lesiones incompletas de la médula espinal, que todavía tienen nervios no lesionados que podrían llevarse a asumir la función de los dañados.

Plasticidad

Década de 1990: Hasta principios del siglo XXI, el dogma básico sostenía que el sistema nervioso es un único conjunto de “cables” formado en el desarrollo y que después queda estático a lo largo de toda la vida.

Actualidad: Los científicos ahora saben que el cerebro no está predeterminado; de hecho, crea nuevas células nerviosas en la adultez. Además, hay maneras de manipular o mejorar el crecimiento neuronal. Las lesiones producen reestructuraciones nerviosas importantes para lograr la adaptación a la interrupción de las señales. Los circuitos de la médula espinal son plásticos, es decir, se los puede entrenar para que asuman funciones en áreas dañadas. Terapias simples como la hipoxia intermitente o el ejercicio físico parecen promover el crecimiento de ciertos nervios vinculados a la función motora.

Los científicos están estudiando diversos tratamientos farmacológicas que podrían promover la neurogénesis y la plasticidad. Existe evidencia de que la concentración en sí puede afectar la plasticidad relacionada con la memoria y la cognición. Hay un enorme entusiasmo con respecto al uso de estimulación eléctrica del cerebro o la médula espinal para mejorar la función motora al aumentar la plasticidad.

No hay un conocimiento pleno de los diminutos circuitos de la médula espinal, aunque sí promesas de desarrollar tratamientos más precisos que alienten la reparación y la plasticidad, adaptadas a las necesidades específicas de las personas con parálisis.

Células gliales

Década de 1990: Los científicos estaban apenas comenzando a entender que los astrocitos y oligodendrocitos no son rellenos de espacio estáticos o pasivos en el sistema nervioso.

Actualidad: La función de estas células asistentes del sistema nervioso se sigue desplegando. Ahora se sabe que los astrocitos desempeñan un papel crucial en la respuesta a las lesiones del sistema nervioso, de maneras buenas al nutrir a las neuronas y de maneras malas al generar cicatrices que anulan zonas de lesión.

Los oligodendrocitos son fundamentales para la formación de la mielina, el aislamiento de los axones nerviosos que permiten que las señales electroquímicas se aceleren por su camino. La pérdida la de mielina (también la característica que define la esclerosis múltiple) parece ser tratable con tratamientos celulares.

Cómo prevenir la formación de cicatrices

Década de 1990: El tejido cicatrizal en el lugar de la lesión de la médula espinal actúa como un obstáculo tanto físico como químico para la reparación. En la década de 1990, los investigadores precisaron algunas de las señales moleculares bloqueadoras del crecimiento relacionadas con el tejido cicatrizal y comenzaron a buscar maneras de superar esos mensajeros inhibitorios.

Actualidad: Los investigadores están evaluando las enzimas que en esencia disuelven la cicatriz y permiten que los nervios atraviesen su barrera. En estudios de laboratorio, ciertos animales han recuperado funciones después de la aplicación de medicamentos destructores de cicatrices. Se han planificado estudios con seres humanos para cuando se resuelvan detalles técnicos.

Puentes artificiales

Década de 1990: Los axones necesitan una base sólida sobre la cual crecer. No pueden por sí mismos cubrir la brecha física en el lugar de una lesión de médula espinal. En la década de 1990, los investigadores comenzaron a evaluar materiales diseñados que podrían ayudar a las neuronas a cruzar esos espacios. También encontraron que ciertos tipos de células trasplantadas podrían funcionar como un puente en la brecha. Las células de apoyo trasplantadas, como las células de Schwann y las células de la glía envolvente olfatoria (GEO), tomadas del cuerpo de un animal de prueba, exhibieron un gran potencial.

Actualidad: Los investigadores han desarrollado andamios de polímeros sintéticos y sustancias orgánicas (es decir, fibrinas de pescado) como una alternativa a las células vivas para cubrir brechas.

Esos andamios proporcionan un apoyo físico para las células en crecimiento, pero también podrían combinarse con moléculas promotoras del crecimiento, o incluso células madre, para promover la recuperación de funciones.

Los investigadores están trabajando para mejorar el éxito del trasplante de células especializadas. Experimentos con animales han alentado los estudios clínicos. Las células de Schwann y los trasplantes de GEO ya han ingresado en estudios con seres humanos, al igual que varios tipos de células madre. Algunos estudios están inscribiendo a personas con lesiones de larga duración, lo cual es especialmente alentador.

Células madre

Década de 1990: Los científicos aprendieron a aislar células madre de seres humanos y comenzaron a trasplantarlas en animales para intentar reconstruir los circuitos neurales dañados. Tenían esperanzas de que las células indiferenciadas pudieran migrar al lugar donde eran necesarias y modificarse a los tipos de células faltantes. Había gran entusiasmo y el público elogiaba a las células madre como “caja de herramientas” de la naturaleza que podrían solucionar cualquier problema del cuerpo.

Lamentablemente, muchas personas fueron atraídas a clínicas en el extranjero que promovían magia con células madre sin suficientes pruebas científicas y clínicas que respaldaran los anuncios.

Actualidad: La gran promesa de las células madre se está concretando lentamente. Existen varios estudios clínicos en curso para evaluar esas células para diversas afecciones, incluidas las lesiones de la médula espinal, tanto recientes como crónicas.

Los científicos de las células madre han descubierto nuevas formas celulares, incluidas células pluripotentes inducidas (CPI), que son células del cuerpo, por ejemplo, células de la piel, que pueden programarse a un estado más primitivo. Estas CPI se comportan de manera muy similar a las células madre indiferenciadas y no conllevan las cuestiones éticas relacionadas con las células embroncas.

Rediseño de la rehabilitación

Década de 1990: El campo de las lesiones de la médula espinal estaba apenas comenzando a entender que la rehabilitación comprendía más que ofrecer dispositivos y herramientas compensatorias. Se estableció la importancia de la fisioterapia en la rehabilitación de lesiones en la médula espinal, subrayada por los estudios con animales y seres humanos que mostraron que las rutinas repetitivas y estructuradas graduales alientan a la médula espinal inferior (por debajo de la zona de la lesión) realmente a “aprender” a controlar el movimiento sin mensajes del cerebro.

Los científicos también determinaron que las terapias con base en actividades intensificaban la producción del cuerpo de señales moleculares que apoyan el crecimiento de axones y la supervivencia de neuronas.

Actualidad: El ejercicio vigoroso se ha vuelto una parte estándar de la rehabilitación. Los científicos han llegado a entender que ciertas formas de actividades que siguen un patrón despiertan circuitos nerviosos dormidos de la médula espinal y pueden activar cierto grado de función.

Esta es la base para la neurorrecuperación relacionada con el entrenamiento locomotor: dar pasos con asistencia sobre una cinta en movimiento. Al llevar un paso adelante, los investigadores han agregado la estimulación de la médula espinal a la actividad. En un bajo número de pacientes, la estimulación de la médula espinal ha producido una recuperación de función sin precedentes; además, la estimulación produce beneficios residuales en la función cardiovascular, de la vejiga y sexual. Hay más estudio con seres humanos en curso.

Exploración de la frontera genética

Década de 1990: Los científicos comenzaron a estudiar la base genética de cómo se forman el cerebro y la médula espinal.

Actualidad: Los investigadores tienen una mejor comprensión de la biología del desarrollo y los genes específicos que preparan los planos para formar nuestro sistema nerviosos antes de que nazcamos.

Los científicos ahora creen que es posible activar los objetivos genéticos para promover el crecimiento nervioso en un animal adulto. Mediante técnicas sofisticadas de selección de micromatrices y datos de análisis de genomas de ratones y seres humanos, ahora tenemos una mejor comprensión de los códigos genéticos del cuerpo para la actividad celular y la conducta relacionada con la regeneración de axones.

Otras ideas de investigación modernas que no estaban en juego hace 25 años

Tratamientos en combinación: Es probable que ningun tratamiento aislado proporcione una cura para las lesiones de la médula espinal. En cambio, con el tiempo, se puede requerir una combinación de terapias.

Interfaz cerebro-máquina: En los últimos diez años aproximadamente, los bioingenieros han podido aprovechar ondas cerebrales de animales, incluidos seres humanos, para controlar dispositivos de computadora.

Por ejemplo, un mono rhesus, usando solo su mente, pudo activar con precisión la mano paralizada de un compañero primate. Una mujer cuadripléjica, usando solo sus pensamientos, piloteó un simulador de avión caza. Un hombre cuadripléjico, dirigiendo el pensamiento a un brazo protésico, pudo aferrar un vaso de cerveza y beberlo. Esta área se está moviendo muy rápido en numerosos laboratorios.

Nuevas herramientas: Los científicos ahora tienen maneras para observar la función de los nervios en animales vivos. Nuevas herramientas, incluso la optogenética, pueden activar y desactivar células individuales usando una fuente de luz. Ahora se dispone de nuevos métodos para manipular o incluso editar códigos genéticos.

Grandes datos: El campo de las lesiones medulares ahora está completamente involucrado con la bioinformática. El análisis de los denominados Grandes datos permite que los investigadores exploren gran cantidad de datos de investigaciones en busca de patrones y detalles a niveles que hasta ahora eran imposibles. Además, el campo ha hecho grandes avances en pro de estandarizar la manera en que se hacen los experimentos para acelerar los descubrimientos y reducir las repeticiones.

Métricas: Con el fin de evaluar el efecto de un tratamiento, los investigadores han concebido maneras muy precisas de medir de manera coherente y exacta cualquier cambio de función. Esas maneras incluyen series de pruebas para la función de manos y dedos para cualquier terapia dirigida a lesiones cervicales. Las mediciones de resultados apropiados y sensibles son cruciales para la planificación y ejecución, y en última instancia el éxito, de los estudios clínicos.