Glía promotora del crecimiento derivada de células madre neurales: un instrumento de reparación del trauma medular

El trauma accidental es la causa principal de muerte de niños y adultos jóvenes en los países desarrollados, superado solamente por las enfermedades cardiacas y el cáncer. Las lesiones, sin embargo, atendiendo al número de años de trabajo potencial perdidos, sobrepasan los demás problemas porque el daño al sistema nervioso central (SNC) causa incapacidad crónica y ocurre frecuentemente a individuos menores de 45 años. Sabemos tratar eficazmente el edema y otros problemas agudos, por lo que las lesiones del SNC son raramente mortales, pero aún no sabemos curarlas. El resultado final de una lesión de cerebro o médula espinal depende del área dañada y de la extensión de la lesión. Desgraciadamente, lo mejor que las terapias disponibles pueden ofrecer es alivio sintomático y rehabilitación. En este informe revisamos los obstáculos a la regeneración conocidos, los instrumentos disponibles para la reparación de lesiones del SNC y los que están siendo desarrollados actualmente en nuestro laboratorio del Instituto Cajal.

Existen células gliales en regiones del sistema nervioso central (SNC) adulto, que comparten con las células de Schwann (SC) la capacidad de sobrevivir y proliferar en cultivo, de promover el crecimiento de neuritas y de envolverlas. Las células típicas de estos sitios del SNC –glía envolvente del bulbo olfativo (GEBO), tanicitos, pituicitos y células intersticiales pineales- pueden ser identificadas en cultivo por su expresión concomitante de GFAP periférica, vimentina, proteina p75 receptora de NGF y receptor de estrógeno tipo, mostrando una mezcla de propiedades similares tanto a SCs como a astrocitos. Estas células constituyen un grupo único de células de macroglía central, estructural y funcionalmente homólogas, con origen filogenético común, que hemos llamado glía promotora del crecimiento o aldainoglía. Los transplantes de aldainoglía tienen un potencial clínico considerable para tratar lesiones del SNC, pero su uso para la reparación de lesiones requiere la solución de dos problemas: i) producir células homogéneas en la cantidad necesaria para su uso clínico, y ii) asegurar la compatibilidad inmunológica de donador y receptor del transplante.

Células de neurosfera, generadas a partir de diversas regiones del sistema nervioso central de rata o humano adultos, pueden ser diferenciadas en cultivo a células similares a aldainoglía, por plaqueo sobre un substrato adherente en medio condicionado por GEBO, suplementado con EGF y bFGF. Las células así diferenciadas presentan una composición de RNA mensajero, inmunofenotipo y propiedades funcionales, similares a la aldainoglía. pero no expresan niveles detectables del complejo de histocompatibilidad tipo MHC II. Estas células gliales pueden ser precursores de los diversos tipos celulares neurales y , por tanto, muy adecuadas para la reparación de lesiones.

1. Epidemiología de las lesiones traumáticas del Sistema Nervioso Central:

Las lesiones de cerebro y médula espinal están adquiriendo una importancia social y económica creciente en los países desarrollados. Los accidentes de todo tipo son la causa principal de la muerte de niños y adultos jóvenes, sólo superada como agente causal para todas las edades, por las enfermedades cardíacas y el cáncer. Las lesiones en el sistema nervioso central (SNC) de los mamíferos no se reparan espontáneamente y frecuentemente tienen como resultado déficits funcionales permanentes. La incidencia de las lesiones medulares traumáticas en España es de unos 20-40 nuevos casos por año y millón de habitantes, o sea, cada año aproximadamente 1000 personas se añaden al colectivo de lesionados de cerebro o médula espinal. De todas las lesiones que se producen, el 36-40% son debidas a accidentes de tráfico, 30% a violencia física, 20% a accidentes laborales y del hogar y 7 % a accidentes deportivos. El 80% de los casos afectan a varones, más de la mitad de los cuales son menores de 30 años, con máxima incidencia entre los 15 a los 35 años. El daño al SNC es un desastre personal y una de las principales causas de incapacidad laboral prolongada en Europa, con consecuencias económico-sanitarias considerables. Los costes médicos y de rehabilitación son de unos 200.000 euros el primer año y aproximadamente 30.000 euros por año en años sucesivos. La anatomía humana y el tipo de trauma determinan la frecuencia de afectación de los diferentes niveles medulares y, por ende, las consecuencias funcionales resultantes. La tetraplejia incompleta ocurre en un 31% de los lesionados, seguida de la paraplejia completa en un 26%, la tetraplejia completa en un 22% y, finalmente, la paraplejia incompleta en un 19% de todos los casos. De todos los lesionados medulares, sólo un 0,9% consiguen una recuperación neurológica total. Las lesiones del SNC superan a todos los restantes problemas sanitarios cuando se miden sus consecuencias en términos de años de vida (y trabajo) potenciales perdidos.

La intratabilidad de las lesiones del cerebro y de la médula espinal era prácticamente un dogma hasta hace tan sólo tres décadas. Desde entonces, la neurociencia ha realizado avances esperanzadores, primero reconociendo que tanto la función como la estructura del SNC son altamente adaptables, plásticas; después, comenzando a desvelar las bases celulares y moleculares de esa plasticidad. El razonamiento subyacente es que, si conocemos las posibilidades de respuesta natural del SNC a las perturbaciones externas (una de ellas, las lesiones), podremos utilizar esta información para la reparación del tejido lesionado. Estos estudios ya han permitido la reparación parcial de lesiones experimentales y nos permiten encarar el futuro con mayor optimismo. Comenzamos a saber cuáles son los problemas fundamentales que plantean las lesiones y qué tratamientos son necesarios. Queda el trabajo de hacerlo y, dada la complejidad del problema, este trabajo puede ser largo y arduo. 

2. Respuesta neural a los traumas cerebral y medular:

Figura 1.

Los traumas graves del SNC desencadenan cascadas de acontecimientos perjudiciales, que desearíamos detener, y beneficiosos, que quisiéramos potenciar (Nieto-Sampedro y Cotman, 1985). Después de una lesión la barrera hematoencefálica y los vasos sanguíneos locales quedan destruidos lo que, junto con el espasmo vascular, causan isquemia y sus asociados, anoxia e hipoglucemia. Células de la sangre y proteínas del suero invaden el área lesionada. El edema, derivado tanto de la acumulación de fluido extracelular como de la inflamación de los astrocitos, es obvio 24 horas después de la lesión. Tras una contusión, pueden observarse inmediatamente anomalías estructurales y electrofisiológicas en los axones, tanto de la sustancia gris como de la blanca (Balentine, 1978). La necrosis y degeneración de la mielina de estos axones ocurre 8 a 24 horas más tarde y la acumulación de fagocitos sanguíneos, que eliminan la mielina degenerada y otros residuos celulares unas 48 horas después. El proceso degenerativo, sin embargo, ni se termina inmediatamente después de la lesión ni se restringe al sitio primariamente lesionado. La llamada muerte neuronal secundaria o tardía comienza uno o dos días tras la lesión, extiende la lesión en el tiempo y el espacio y es posiblemente responsable de la pérdida de la función en la mayoría de los traumas de cerebro y médula espinal. Afecta al tejido cercano al área lesionada o conectado con ella (la llamada ‘zona de penumbra’ en las lesiones isquémicas), y causa la muerte de neuronas, de células gliales, la destrucción de los vasos sanguíneos y la interrupción de los tractos axonales (Fig.1).

3. Reparación funcional del Sistema Nervioso Central. Situación actual:

La dificultad de reparación de las lesiones del SNC es conocida desde los trabajos pioneros de Tello (1911) y Ramón y Cajal (1914). Los avances realizados desde entonces han consistido principalmente en un inventario más preciso de los problemas generales que el trauma medular plantea al investigador, así como el desarrollo de algunos instrumentos de reparación, tanto materiales como conceptuales. En abril del 2006 creemos que los problemas que plantea el trauma medular son de tres tipos generales: 1) la formación en la zona de lesión de la llamada cicatriz glial, una estructura celular-molecular inhibitoria del crecimiento axonal; 2) la muerte neuronal secundaria o retrasada con respecto al momento del trauma; 3) la pérdida postnatal de capacidad intrínseca de crecimiento axonal (Goldberg y col., 2002). Veamos que hemos logrado hasta ahora. 

El trabajo de Tello en la primera década del siglo XX , fue desgraciadamente interrumpido por la muerte de Cajal, la guerra civil española y el posicionamiento religioso-político de Tello. Los estudios fueron reanudados más recientemente por el grupo de Aguayo en Montreal, trasplantando segmentos de nervio periférico mielinizado (ciático) en sitios lesionados del sistema nervioso central. El trasplante permitía a los brotes axonales centrales crecer largas distancias, imposibles en su ausencia. Los resultados eran, no obstante, incompletos (David y Aguayo, 1981). Para la restauración funcional es esencial la formación de sinapsis adecuadas, pero las fibras centrales que emergían de los implantes de nervio periférico eran incapaces de crecer más allá de algunas micras, formando pocas sinapsis y en sitios inadecuados. Por esa misma época Nieto-Sampedro y col. (1982) probaron que las lesiones inducían un aumento muy significativo en la producción de factores neurotróficos por el tejido lesionado, que permitían la supervivencia de neuronas trasplantadas y su integración sináptica parcial con el tejido huésped. Ni esta inesperada respuesta de autorreparación del tejido nervioso central, ni los trabajos de Aguayo, conseguían la solución a las lesiones de cerebro o médula espinal, pero posiblemente ambos contribuyeron a cambiar la actitud pesimista de los investigadores a finales del siglo pasado. La reparación de lesiones del SNC tenía una base racional y parecía más posible. A finales de la década de los 80, Caroni y Schwab (1988) iniciaron un abordaje complementario bloqueando con anticuerpos las glicoproteínas inhibitorias del crecimiento axonal expresadas en la mielina central. Los anticuerpos inducían la regeneración del 5 % de los axones del haz corticoespinal lesionado. El tratamiento con anticuerpos puede tener potencial clínico, particularmente si se usa, junto con otras terapias, en lesiones incompletas. Por la misma época, los grupos de Silver en USA (McKeon y col., 1991) y de Nieto-Sampedro en Madrid (Bovolenta y col., 1993) hacían énfasis en que los inhibidores más generales del crecimiento axonal a los que había que neutralizar eran proteoglicanos en la superficie de los astrocitos reactivos. La purificación de los proteoglicanos y la preparación de anticuerpos monoclonales ha consumido gran esfuerzo y solo recientemente han sido iniciados estudios in vivo.

El siguiente avance significativo vuelve a la estrategia de Tello, trasplantando nervios intercostales, junto con el factor neurotrófico FGF-1 en fibrina, en ratas con sección medular completa. El equipo que realizó este trabajo en Estocolmo (Cheng y col., 1996) consiguió, por vez primera, mostrar recuperación parcial de la función de los miembros posteriores, correlacionada con la restitución anatómica de haces nerviosos que comunican cerebro y médula, entre ellos, el haz corticoespinal. En los últimos años se han realizado injertos de nervio periférico en la médula lesionada de unos pocos pacientes, sin obtener una repercusión funcional significativa. Sin embargo, no puede descartarse todavía la utilidad de esta técnica, tal vez en combinación con otras intervenciones. Podemos ubicar también dentro de esta estrategia el trasplante de células de glía envolvente de bulbo olfativo (GEBO) . Las propiedades especiales de esta glía, intermedias entre las de los astrocitos y las células de Schwann, habían sido descritas por Doucette en Canadá. El grupo de Nieto-Sampedro en Madrid, desarrolló el cultivo y la purificación de la glía envolvente de roedores adultos. La glía purificada, fue trasplantada en la médula espinal de ratas adultas que habían recibido una rizotomía en la raíz dorsal T8, una lesión espontáneamente incurable. Con ayuda del trasplante de GE, haces de aferentes sensoriales penetraban en la médula, cruzando la mielina de la banda de Lissauer y alcanzando el asta dorsal contralateral. El grupo de Nieto-Sampedro ha continuado, desde de 1994, el trabajo de regeneración de raíces sensoriales, mostrando la recuperación parcial de funciones concretas tras rizotomía múltiple. El trabajo reciente de Ramón-Cueto y col. (2000), reparando una transección completa de la médula espinal con trasplantes de glía envolvente, está siendo evaluado por varios grupos, en modelos de transección y de contusión, correlacionando la recuperación electrofisiológica y funcional, con análisis comportamental cinético y cinemático, mediciones no realizadas en los estudios precedentes. La pregunta es ¿qué se recupera y cómo?

La publicación de estos resultados inició una carrera de aplicaciones de los trasplantes de GE a lesiones medulares, incluidos los estudios de remielinización de Imaizumi y col. (1998), de reparación del haz corticoespinal de Raisman y col. (Li y col., 1997, 1998, 2003) y reparación de transecciones medulares completas (Ramón-Cueto y col 1998, 2000; López-Vales y col. 2007). Estos resultados han creado grandes expectativas de tratamiento de las lesiones medulares, mezcladas con interrogantes sobre lo que se puede esperar y cuando. A lo largo de los años han sido ensayadas muchas estrategias en búsqueda de "la cura de la parálisis" causada por lesiones medulares, como los trasplantes de astrocitos inmaduros o microglía, los transplantes de fibroblastos meníngeos, de fragmentos de tejido neural embrionario, de células transfectadas para producir factores tróficos o los factores mismos purificados, moléculas de la matriz extracelular como el colágeno o la laminina, células madre, etc. En los estudios experimentales en animales, tres aspectos merecen especial consideración: 1) la mayoría de las lesiones suelen ser realizadas a nivel torácico; 2) la forma más utilizada (posiblemente inadecuada) de evaluar la función en roedores es la escala BBB, puntuando por cumplimiento de tareas; 3) las ganancias funcionales informadas en todos los casos son pequeñas y poco claras (Nieto-Sampedro et al., 2002). En el siglo XXI parece que las lesiones del SNC se pueden reparar. Es importante precisar cuales de las estrategias más prometedoras se pueden combinar y que resultados es realista esperar. Aún no hemos logrado la reparación rutinaria de lesiones de la médula espinal, con restauración sensorial o de la locomoción voluntaria en animales de experimentación. Pero una medida de la angustia e impaciencia por la solución del problema se reflejan en las intervenciones en humanos en China, Australia y Portugal. Ninguna de ellas ha conducido a mejoras significativas.

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