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Investigadores UC descubren clave en regeneración de la médula espinal de anfibios


Gracias a un estudio en ranas, un equipo liderado por el profesor de Ciencias Biológicas Juan Larraín, investigó la capacidad que tienen las células madre para permitir la regeneración de la médula espinal, encontrando la señal que activa el proceso regenerativo. Este puede ser un paso importante para desarrollar investigaciones en mamíferos.

photo_camera La investigación liderada por el profesor Juan Larraín estudió el mecanismo que explica la capacidad de regeneración del sistema nervioso de la médula espinal, en ranas, descubriendo la señal que activa el proceso regenerativo. (Fotografía: iStock)

La médula espinal es la parte del sistema nervioso que transmite mensajes entre el cerebro y el resto del cuerpo. Si bien ésta se encuentra bien protegida por las vértebras, si una persona sufriera un golpe muy fuerte en esta área -producto por ejemplo de un accidente deportivo o automovilístico-, probablemente se dañarían las neuronas y los nervios que conectan nuestro cerebro con el resto del cuerpo. El resultado sería una parálisis de la mitad inferior (paraplejia) o del cuello hacia abajo (cuadriplejia).

Los seres humanos, así como los mamíferos en general, no tenemos la capacidad de regenerar nuestras neuronas del sistema nervioso de la médula espinal, por lo que si se dañan, las perdemos para siempre. 

Sin embargo, un equipo del Laboratorio de Biología del Desarrollo y Regeneración, liderado por el profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas Juan Larraín, descubrió algo increíble: estudiando un grupo de ranas, se dieron cuenta que durante su primera etapa de vida -mientras son renacuajos- tienen la capacidad de regenerar completamente la médula espinal.

El trabajo, que fue apoyado por el Centro de Envejecimiento y Regeneración - CARE Chile, fue publicado en la prestigiosa revista NPJ Regenerative Medicine, de la editorial Nature. (Ver artículo)

“Lo que nosotros investigamos fueron los mecanismos que permiten que las ranas, en su etapa de renacuajo, sean capaces de regenerar la médula espinal. Estudiamos cuál es el mecanismo a nivel celular y genético, que explica que este animal tenga la capacidad de regenerar”, cuenta el investigador.

Células madre súper poderosas

El equipo desarrolló un modelo que muestra claramente que cuando el renacuajo sufre un daño en su médula espinal, queda prácticamente paralizado, pero a los pocos días va recobrando la movilidad, hasta que logra volver a nadar como si nada hubiera pasado. Sin embargo, si sufre la lesión cuando ya pasa a una etapa juvenil o adulta, no es capaz de recuperar el movimiento. “Se comporta como un mamífero”, agrega Larraín. 

¿Por qué sucede esto?

“Lo que hemos encontrado, es que los renacuajos tienen gran cantidad de células troncales neurales o células madre. Frente a la lesión, éstas son capaces de generar una nueva neurona y reemplazar la neurona que se dañó. Sin embargo, esas células van disminuyendo en la medida que el renacuajo sigue haciendo la metamorfosis y prácticamente desaparecen cuando ya es una rana”, explica el académico.

Es decir, la regeneración ocurre porque se activan las células madre.

“Este es un modelo súper interesante, porque permite hacer muchos estudios comparativos. Puedes identificar a nivel genético y molecular, los mecanismos por los cuales este animal regenera y otro no. Y esto que sucede con la médula espinal, también sucede con el corazón y varios otros tejidos, que se regeneran en la primera etapa, pero no después”, afirma Larraín. 

La señal

Los investigadores lograron encontrar la señal que permite a las ranas -mientras son renacuajos- regenerar su médula espinal ante un daño. (Imagen: Evolución de la evolución de las ranas (Xenopus laevis)/Laboratorio de Biología del Desarrollo y Regeneración UC)
Los investigadores lograron encontrar la señal que permite a las ranas -mientras son renacuajos- regenerar su médula espinal ante un daño. (Imagen: Evolución de la evolución de las ranas (Xenopus laevis)/Laboratorio de Biología del Desarrollo y Regeneración UC)

Los investigadores ya conocían la función de las células neuronales troncales, gracias a trabajos previos.

“Lo que encontramos acá, es que identificamos cuál es la señal que activa a estas células. Cuando el animal sufre una lesión, se activa una señal molecular -llamada mTORC- que le va a “decir” a las células troncales neurales: ojo, aquí hubo un serio daño, actívense, empiecen a generar nuevas neuronas”, explica el investigador.

En otras palabras, el gran hallazgo es que el equipo encontró la señal que activa todo el proceso regenerativo

¿Y cómo la descubrieron?

Gracias a la tecnología de secuenciación masiva del transcriptoma. Es decir, lo que hicieron los científicos fue utilizar una tecnología de punta que permite secuenciar masivamente todo el material genético que está en estas células troncales. Tarea que fue posible gracias a la colaboración internacional con Mike Gilchrist, investigador del Francis Crick Institute de Londres, quien además de su trabajo intelectual, permitió acceder a equipamiento de primer nivel y de alto costo.

“Lo que hacemos es secuenciación masiva en animales con daño y sin daño, y al comparar la información genética en ambas situaciones, empiezas a identificar qué procesos genéticos se están reactivando o están cambiando frente a la lesión. Así entonces, mediante bioinformática, identificamos esta vía de señalización, esta señal”, explica el profesor Larraín. 

Nuevas preguntas

“Nosotros los humanos tenemos muy pocas células troncales en nuestra médula espinal. Nos parecemos a la ranita ya madura. Pero no tenemos cero células troncales, tenemos pocas”, aclara el investigador. 

Y prosigue: “¿De qué nos sirve saber que la señal que identificamos que activa este proceso de regeneración en el renacuajo? Uno podría preguntarse, hipotéticamente, qué pasaría si se encuentra la forma de activar esta vía en la médula de un ratón, o de un ser humano”.

La pregunta -que podría generar nuevas hipótesis-, es qué pasaría si exógenamente, a través de un fármaco por ejemplo, se lograra activar las pocas células troncales neurales o células madre que tienen los mamíferos. ¿Se podría mejorar su capacidad regenerativa?

“Ahora sabemos que si activamos esta señal (mTORC), va a permitir que ocurra la regeneración en renacuajos. La pregunta es: si yo activo esa vía en la médula de un ratón que ha sufrido daño a la médula espinal, que normalmente no se recupera, ¿mejoramos su recuperación en alguna medida si activamos este proceso? Ahí uno empieza a entender que esta información de la rana me da información útil para eventualmente ver si puedo hacer algo parecido en un ratón”, agrega el investigador.

Así es como funciona la llamada “ciencia básica”, que aunque no necesariamente tiene una aplicación inmediata, va generando nuevo conocimiento que lleva a plantearse nuevas preguntas y así ir comprendiendo fenómenos que hasta el momento sabemos poco o nada sobre ellos.

El “backstage”

"Esta investigación fue posible gracias a la colaboración internacional y el trabajo de todo un equipo", dice el profesor de Ciencias Biológicas Juan Larraín. (Crédito fotografía: César Cortés)
"Esta investigación fue posible gracias a la colaboración internacional y el trabajo de todo un equipo", dice el profesor de Ciencias Biológicas Juan Larraín. (Crédito fotografía: César Cortés)

Este trabajo fue posible gracias al trabajo en equipo de investigadores y estudiantes de doctorado, quienes a pesar de la pandemia -y la imposibilidad de hacer experimentos en el laboratorio debido a las cuarentenas- lograron sacarlo adelante.

El primer autor del artículo precisamente era un estudiante de doctorado en ese momento, Johany Peñailillo. Bioquímico de la Universidad de Chile, realizó su doctorado en la Facultad de Ciencias Biológicas UC, fue becario Conicyt y se desempeñó como investigador postdoctoral en en el laboratorio de Biología del Desarrollo y Regeneración. Actualmente se encuentra realizando una estadía postdoctoral en el Dana-Farber Cancer Institute, en Boston. “Este trabajo no se podría haber hecho sin él, así como tampoco sin nuestros colaboradores internacionales y el trabajo de todo un equipo”, afirma Larraín.

El académico también destaca la labor de formación que se realiza en el laboratorio. “Participan estudiantes de pregrado, de doctorado e investigadores postdoctorales. Se generan equipos, donde quienes tienen más experiencia en experimentación les van enseñando a los nuevos. Funciona muy bien y tenemos muy buenos estudiantes”, finaliza. 
 


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