Para millones de pacientes que han perdido extremidades por razones que van desde diabetes hasta traumatismos, la posibilidad de recuperar la función a través de la regeneración natural sigue estando fuera del alcance. El nuevo crecimiento de piernas y brazos sigue siendo competencia de salamandras y superhéroes.
Pero en un estudio publicado en la revistaAvances científicos,científicos de la Universidad de Tufts y del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard nos han acercado un paso más al objetivo de la medicina regenerativa.
En ranas adultas, que naturalmente no pueden regenerar extremidades, los investigadores pudieron desencadenar el crecimiento de una pata perdida utilizando un cóctel de cinco fármacos aplicado en un domo de biorreactor portátil de silicona que sella el elixir sobre el muñón durante solo 24 horasEse tratamiento breve pone en marcha un período de crecimiento de 18 meses que restaura una pierna funcional.
Muchas criaturas tienen la capacidad de regeneración completa de al menos algunas extremidades, incluidas las salamandras, las estrellas de mar, los cangrejos y las lagartijas. Los platelmintos incluso se pueden cortar en pedazos, y cada pedazo reconstruye un organismo completo. Los humanos son capaces de cerrar heridas concrecimiento de tejido nuevo, y nuestros hígados tienen una capacidad notable, casi similar a la de un platelminto, de regenerarse a tamaño completo después de una pérdida del 50 %.
Pero la pérdida de una extremidad grande y estructuralmente compleja, un brazo o una pierna, no puede restaurarse mediante ningún proceso natural de regeneración en humanos o mamíferos. De hecho, tendemos a cubrir las lesiones mayores con una masa amorfa de tejido cicatricial,protegiéndolo de una mayor pérdida de sangre e infección y previniendo un mayor crecimiento.
regeneración de arranque rápido
Los investigadores de Tufts desencadenaron el proceso regenerativo en ranas con garras africanas al encerrar la herida en una tapa de silicona, a la que llaman BioDome, que contiene un gel de proteína de seda cargado con el cóctel de cinco medicamentos.
Cada fármaco cumplió un propósito diferente, incluido el control de la inflamación, la inhibición de la producción de colágeno que provocaría cicatrices y el fomento del nuevo crecimiento de fibras nerviosas, vasos sanguíneos y músculos. La combinación y el biorreactor proporcionaron un entorno local yseñales que inclinaron la balanza lejos de la tendencia natural a cerrar el muñón y hacia el proceso regenerativo.
Los investigadores observaron un crecimiento dramático del tejido en muchas de las ranas tratadas, recreando una pata casi completamente funcional. Las nuevas extremidades tenían una estructura ósea extendida con características similares a la estructura ósea de una extremidad natural, un complemento más rico de tejidos internos incluyendoneuronas, y varios "dedos de los pies" crecieron desde el final de la extremidad, aunque sin el apoyo del hueso subyacente.
La extremidad regenerada se movió y respondió a estímulos como el toque de una fibra rígida, y las ranas pudieron usarla para nadar en el agua, moviéndose como lo haría una rana normal.
"Es emocionante ver que los medicamentos que seleccionamos ayudaron a crear una extremidad casi completa", dijo Nirosha Murugan, investigadora afiliada del Allen Discovery Center en Tufts y primera autora del artículo. "El hecho de que solo requirió ununa breve exposición a las drogas para poner en marcha un proceso de regeneración de meses de duración sugiere que las ranas y quizás otros animales pueden tener capacidades regenerativas latentes que pueden activarse.
Los investigadores exploraron los mecanismos por los cuales la intervención breve podría conducir al crecimiento a largo plazo. Dentro de los primeros días después del tratamiento, detectaron la activación de vías moleculares conocidas que normalmente se usan en un embrión en desarrollo para ayudar a que el cuerpo tome forma..
La activación de estas vías podría permitir que la extremidad misma maneje la carga del crecimiento y la organización del tejido, de manera similar a como ocurre en un embrión, en lugar de requerir una intervención terapéutica continua durante los muchos meses que lleva el crecimiento de la extremidad.
Cómo funciona el BioDome
Los animales naturalmente capaces de regenerarse viven principalmente en un ambiente acuático. La primera etapa de crecimiento después de la pérdida de una extremidad es la formación de una masa de células madre al final del muñón llamada blastema, que se usa para reconstruir gradualmente elparte del cuerpo perdida La herida se cubre rápidamente con células de la piel dentro de las primeras 24 horas después de la lesión, protegiendo el tejido de reconstrucción debajo.
"Los mamíferos y otros animales en regeneración por lo general tendrán sus lesiones expuestas al aire o haciendo contacto con el suelo, y pueden tardar días o semanas en cerrarse con tejido cicatricial", dijo David Kaplan, profesor de ingeniería de la familia Stern en Tufts andcoautor del estudio."Usar la tapa BioDome en las primeras 24 horas ayuda a imitar un entorno similar al amniótico que, junto con los medicamentos adecuados, permite que el proceso de reconstrucción continúe sin la interferencia del tejido cicatricial".
Próximos pasos en ranas y mamíferos
El trabajo anterior del equipo de Tufts mostró un grado significativo de crecimiento de las extremidades provocado por un solo fármaco, la progesterona, con el BioDome. Sin embargo, la extremidad resultante creció como una espiga y estaba lejos de ser la extremidad funcional de forma más normal lograda en elestudio actual.
El cóctel de cinco fármacos representa un hito significativo hacia la restauración de las extremidades de rana completamente funcionales y sugiere que una mayor exploración de las combinaciones de fármacos y factores de crecimiento podría conducir a la regeneración de extremidades que son aún más completas funcionalmente, con dedos normales, membranas y más detallescaracterísticas esqueléticas y musculares.
"Estaremos probando cómo este tratamiento podría aplicarse a los mamíferos a continuación", dijo el autor correspondiente Michael Levin, profesor de biología Vannevar Bush en la Escuela de Artes y Ciencias, director del Allen Discovery Center en Tufts, y miembro asociado de la facultaddel Instituto Wyss.
"Cubrir la herida abierta con un entorno líquido debajo del BioDome, con el cóctel de medicamentos adecuado, podría proporcionar las primeras señales necesarias para poner en marcha el proceso regenerativo", dijo.programas de patrones, no de microgestión del crecimiento complejo, ya que los animales adultos todavía tienen la información necesaria para hacer sus estructuras corporales".
