La lesió de medul·la espinal: tenen la resposta les cèl·lules mare? Understand article

Traduït per Alicia Pérez. La lesió de medul·la causa habitualment paràlisi permanent i normalment no té cura. Podria la teràpia amb cèl·lules mare ser una esperança?

Imatge cortesia de Debivort /
Wikimedia Commons

L’actor i activista americà Cristopher Reeve serà recordat pel seu paper en l’exitosa pel·lículaSuperman l’any 1978. Malauradament, també serà recordat com l’home que va haver de deixar la vida tremendament activa que portava, tan dins com fora de les pantalles, a causa d’una catastròfica lesió que el va deixar paralitzat de coll cap avall fins la seva mort l’any 2004.

Cristopher Reeve argumenta
els beneficis potencials de la
recerca de cèl·lules mare en
una conferència de
neurociència a l’Istitut
Tecnològic de Massachusetts
(Massachusetts Institute of
Technology), Estats Units,
l’any 2003
.
Imatge cortesia de Mike Lin /
Wikimedia Commons

Al maig de 1995, durant una competició d’hípica, Reeve va caure de cap des del seu cavall. Tot el pes del seu cos va recaure sobre la zona espinal trencant-li dues vèrtebres del coll i causant-li una extensa lesió a la medul·la espinalw1.

Què va passar durant el seu accident – a nivell de sang, ossos, cèl·lules i molècules – per causar-li aquesta paràlisi de per vida? I com podria la recerca de nous tractaments basats en cèl·lules mare ser una esperança per als malalts amb paràlisi causada per lesió medul·lar? Els podria ajudar a recuperar el control sobre els seus cossos i les seves vides?

Què és la lesió de medul·la espinal?

La medul·la espinal és una autopista d’informació que connecta el cervell amb la resta del cos (figura 1). Lesions en la medul·la són sovint causades per traumes sobtats, com els que es produeixen practicant esports o en accidents de cotxe, i acaben amb la dislocació i/o trencament de vèrtebres les quals esquincen el teixit de la medul·la espinal malmetent o trencant axons. Els controls motor i sensorial es perden per sota del nivell de la lesió (figura 2).

Diversos tipus cel·lulars moren a prop o al mateix lloc de la lesió de medul·la espinal, a causa d’efectes secundaris del traumatisme com canvis en el flux sanguini, respostes immunitàries i un increment de radicals lliures i neurotransmissors excitadors (veure el requadre sobre efectes secundaris de la lesió de medul·la espinal).

Figura 2: visió a nivell de teixit de l’efecte de la lesió de medul·la espinal. La causa més habitual de lesió de medul·la és el dany que provoca una vèrtebra que s’ha trencat o dislocat per un traumatisme (A). La paràlisi i pèrdua de sensacions té lloc per sota del nivell de la lesió (zones gris fosc al B). Fer clic sobre la imatge per ampliar-la.
Imatge cortesia de Barnabé-Heider & Frisén (2008), amb el permís d’Elsevier

 

Efectes secundaris de la lesió de medul·la espinal

Els efectes secundaris causats per la lesió medul·lar tenen com a conseqüència la mort de múltiples tipus cel·lulars, incloent-hi neurones i oligodendròcits. Aquests efectes secundaris inclouen:

  1. Isquèmia: manca d’irrigació sanguínia (a causa del trencament de vasos sanguinis). Això redueix el subministrament d’oxigen i nutrients a les cèl·lules.
  2. Edema: acumulació de fluid tissular. Això provoca inflamació i redueix la eficiència de l’intercanvi de nutrients i molècules entre la sang i les cèl·lules de la medul·la espinal.
  3. Invasió immunitària: la lesió desencadena una resposta immunitària que indueix l’entrada de cèl·lules del sistema immune (neutròfils, cèl·lules T, macròfags i monòcits) a la medul·la al lloc de la lesió i al seu voltant. Aquesta resposta és per una banda protectora (per exemple, a través de l’alliberament de molècules que promouen la reparació de la medul·la espinal i la neteja de teixit danyat) i per l’altra perjudicial (per exemple, a través de la inflamació que afecta al teixit sa).
  4. Alliberament de neurotransmissors: les neurones afectades per la lesió alliberen un excés de glutamat, un neurotransmissor excitador, que sobreexcita cèl·lules neurals matant-les o aturant el seu funcionament.
  5. Alliberament de radicals lliures: les cèl·lules malmeses i la resposta inflamatòria augmenten els nivells de radicals lliures. Aquest danyen encara més les cèl·lules neurals reaccionant amb les molècules essencials per la seva funció cel·lular.

Tractaments existents: limitació dels danys

Figura 3: Possibles
símptomes de la lesió
medul·lar. Fer clic sobre la
imatge per ampliar-la
.
Imatge cortesia de Nicola Graf

Per si sol, el cos no pot substituir les cèl·lules que es perden a causa de la lesió medul·lar així que la seva funció queda malmesa de forma permanent. Els actuals tractaments a curt termini només limiten el dany causat per la lesió: cirurgia per alleujar la pressió sobre la medul·la espinal i estabilitzar la columna, i immobilitzar per evitar més lesions. A llarg termini, els pacients reben fisioteràpia i tractament per alleujar el símptomes relacionats amb la lesió, com per exemple el dolor, així com consell i ajuda per fer front a la seva nova discapacitat (figura 3).

Actualment no hi ha cura de la lesió de medul·la espinal, la qual causa un enorme patiment físic i emocional. Tot i així, molts grups científics investiguen el potencial de les cèl·lules mare com a cura.

Teràpies amb cèl·lules mare

Les cèl·lules mare son cèl·lules que poden diferenciar-se a un tipus cel·lular especialitzat o autorenovar-se per produir més cèl·lules mare. En general, n’hi ha de dos tipus: cèl·lules mare pluripotents les quals es poden diferenciar a qualsevol tipus cel·lular del cos, i les cèl·lules mare adultes que es poden diferenciar en uns certs tipus cel·lulars. Les cèl·lules mare pluripotents poden ser extretes d’embrions (cèl·lules mare embrionàries) o generades al laboratori (cèl·lules mare pluripotents induïdes) a partir de cèl·lules especialitzades com per exemple cèl·lules de la pellw2. Les cèl·lules mare adultes es troben en diversos teixits com ara la medul·la òssia.

Hi ha dos possibles mètodes per utilitzar cèl·lules mare en la lesió medul·lar:

  1. Transplantament de cèl·lules mare al lloc de la lesió.
  2. Reclutament de cèl·lules mare neurals residents a la medul·la espinal lesion.

En tots dos mètodes, la intenció de les cèl·lules mare és substituir les cèl·lules perdudes o lesionades en la lesió o promoure la recuperació de forma indirecta. Aquest benefici indirecte pot venir de les mateixes cèl·lules mare o d’altres cèl·lules en les quals s’han diferenciat.

1) Transplantament de cèl·lules mare

Estudis de lesió medul·lar duts a terme en animals model (principalment rosegadors) han demostrat que la teràpia amb transplantament pot ajudar a recuperar-se encara que sovint és difícil saber quins mecanismes són responsables d’aquesta recuperació. En aquests estudis s’han utilitzat tres tipus de cèl·lules mare: cèl·lules mare pluripotents, cèl·lules mare adultes no neurals i cèl·lules mare neurals (provinents d’animals adults i d’embrions).

Cèl·lules mare pluripotents

El transplantament de cèl·lules mare pluripotents en animals provoca efectes secundaris severs, com per exemple la formació de tumors. Abans de ser utilitzades com a tractament per la lesió de medul·la espinal, aquestes cèl·lules son tractades amb l’objectiu de diferenciar-les a progenitors neurals – cèl·lules que tenen el potencial de diferenciar-se a tipus concrets de cèl·lules neurals especialitzades. Un estudi va demostrar que set dies després del transplantament de cèl·lules progenitores d’oligodendròcits en rates amb lesió medul·lar, els axons es van tornar a recobrir de mielina i les rates podien moure millor les potes (Keirstead et al., 2005).

Cèl·lules mare adultes no neurals

Les cèl·lules mare adultes no neurals s’obtenen de diversos teixits com ara la medul·la òssia, el teixit adipós i la placenta. Es creu que aquestes cèl·lules ajuden a reparar la lesió de forma indirecta. Molts estudis han demostrat que els animals trasplantats amb aquestes cèl·lules es poden moure millor i senten sensacions (Parr et al., 2007).

Cèl·lules mare neurals

Les cèl·lules mare neurals s’obtenen de certes parts dels sistemes nerviosos d’embrions i adults. Diversos estudis han demostrat que les cèl·lules trasplantades es diferencien a astròcits els quals ajuden a noves cèl·lules neurals a créixer (Enzmann et al., 2006Pfeifer et al., 2006). Una investigació publicada l’any passat suggereix que les cèl·lules mare neurals poden reprogramar la resposta inflamatòria local, reduint la proporció de cèl·lules immunitàries nocives (com els macròfags) i promoure la cura de la medul·la espinal lesionada (Cusimano et al., 2012). A la majoria d’estudis que han mirat la recuperació després del transplantament de cèl·lules mares neurals, els animals mostren una millor mobilitat a les cames.

2) Reclutament de cèl·lules mare residents a la medul·la

El transplantament de cèl·lules mare és arriscat: requereix un procediment quirúrgic delicat i (en el cas de les cèl·lules mare embrionàries i les cèl·lules mare neurals) el sistema immunitari podria rebutjar les noves cèl·lules introduïdes. Aquests riscs podrien ser evitats utilitzant un mètode alternatiu en el qual fàrmacs dirigeixin les cèl·lules mare neurals residents a la medul·la espinal per promoure la recuperació (Barnabé-Heider & Frisén, 2008).

Fins i tot si aquests riscs es poden superar, la recerca en aquest tractament potencial conegut com a teràpia reclutadora de cèl·lules mare es troba en fases inicials i queda per veure si és capaç d’ajudar a la cura de la lesió de medul·la espinal en animals.

Petits canvis poden significar una gran diferència

Comprendre els mecanismes implicats, provar l’efectivitat en animals, dur a terme assajos clínics en humans – el desenvolupament d’un tractament és un procés lent i complicat. Per ara com a mínim, la teràpia de transplantament és una gran promesa per al tractament de la lesió medul·lar amb cèl·lules mare. L’any 2010, l’empresa californiana Geron va començar un assaig clínicw3 basat en aquest mètode, encara que aviat va ser aturat per raons econòmiques. Actualment, l’hospital universitari Balgrist a Zurich, Suïssa, està duent a terme un assaigw4utilitzant cèl·lules derivades de teixit cerebral humà. Quan es trasplantin a la medul·la lesionada, aquestes cèl·lules podrien restablir alguns dels circuits importants per la xarxa de nervis que porten informació per tot el cos.

Donada la natura de la lesió, es poc probable que cap tractament sigui la cura definitiva però només una petita millora pot significar una gran diferència per a la vida dels pacients. Imagina si, com Cristopher Reeve, fossis paralitzat de coll cap avall: ser capaç de moure els braços i agafar objectes amb les mans podria ser determinant per viure una vida dependent o independent.

Agraïments

Aquest article està basat en la fitxa de dades creada per la pàgina web d’Eurostemcellw5 i en l’article de revisió Barnabé-Heider & Frisén (2008).

L’autor voldria agrair a Kate Doherty d’Eurostemcell per la seva ajuda en la planificació i redacció de l’article. També voldria agrair al Dr Stefano Pluchino del departament de neurociència clínica de la Universitat de Cambridge, Regne unit, pels seus consells com a expert.

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

Resources

Author(s)

Andrew Brown és biòleg molecular i cel·lular graduat per la Universitat de Bath, Regne Unit. Després de treballar per Science in School, es va unir a l’equip de comunicacions i publicacions de la Societat britànica d’Immunologia.


Review

Aquest article explica les conseqüències que té una lesió de medul·la espinal en humans, presentant ciència puntera i considerant el potencial de futurs tractaments basats en cèl·lules mare.

El cas de l’actor de Superman Cristopher Reeve pot ser de motivació per estudiar el sistema nerviós (per exemple, l’arc reflex) amb estudiants joves (11-14 anys). Tot i així, caldrien simplificacions del text.

L’article seria especialment adequat per estudiants de secundària (15-18 anys) ja que és un text detallat. Es podria relacionar amb temes com anatomia i fisiologia del sistema nerviós, fisiologia del sistema immune, proliferació cel·lular i diferenciació cel·lular. La llista de recursos complementa molt bé l’article.

L’article també es podria utilitzar com a punt inicial de projectes de recerca relacionats amb física i química. Temes per aquests projectes podrien ser: per què les cèl·lules danyades alliberen radicals lliures i per què aquests són perjudicials per les cèl·lules? Amb quines molècules reaccionen principalment els radicals lliures? Per què un edema redueix l’eficiència amb la qual els nutrients i les molècules son intercanviades entre la sang i les cèl·lules de la medul·la espinal? Quin tipus de molècules podria promoure la reparació de la medul·la espinal?

L’article pot ser la base per activitats de comprensió i ampliació com les següents:

  1. Distingeix cèl·lules mare pluripotents de cèl·lules mare adultes no neurals i cèl·lules mare neurals (tant d’adults com d’embrions), considerant el seu potencial per generar cèl·lules neurals. Relaciona-ho amb els mecanismes de regulació gènica.
  2. “Les cèl·lules mare pluripotents poden ser extretes d’embrions (cèl·lules mare embrionàries) o generades al laboratori (cèl·lules mare pluripotents induïdes) a partir de cèl·lules especialitzades com per exemple cèl·lules de la pell.” “El transplantament de cèl·lules mare pluripotents en animals provoca efectes secundaris severs, com per exemple la formació de tumors”. Relaciona aquestes frases amb el procés de diferenciació cel·lular i regulació gènica.
  3. “El transplantament de cèl·lules mare és arriscat: requereix un procediment quirúrgic delicat i (en el cas de les cèl·lules mare embrionàries i les cèl·lules mare neurals) el sistema immunitari podria rebutjar les noves cèl·lules introduïdes”. Explica el mecanisme biològic responsable d’aquest risc.

Betina da Silva Lopes, Portugal




License

CC-BY-NC-ND