Trasplantes Celulares para Reparar el Sistema Nervioso Central Lesionado: Glía Envolvente Olfatoria.
Almudena Ramón Cueto
Unidad de Regeneración Neural del Instituto de Biomedicina de Valencia
CSIC
Artículo publicado por Sociedad Española de Neurociencia
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Almudena Ramón Cueto
Unidad de Regeneración Neural del Instituto de Biomedicina de Valencia
CSIC
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Los axones dañados en el SNP son capaces de regenerar espontáneamente y, en el mejor de los casos (cuando los muñones proximal y distal del nervio están cercanos), reconectarse con las estructuras diana. Esto se debe al entorno permisivo que crean las células de Schwann alrededor de los axones en crecimiento. En comparación, los axones que sufren una agresión dentro del SNC son incapaces de crecer, quedando interrumpida permanentemente la vía nerviosa lesionada. Esto se debe a que las células de glía que rodean a los axones lesionados crean un entorno no permisivo para su regeneración. En el lugar de la lesión se forma una cicatriz glial, constituida por microglía y astroglía, que es fuente de moléculas inhibidoras. Recientemente se han identificado algunas de las moléculas que producen los astrocitos y la microglía en estas cicatrices. Aunque la astroglía reactiva expresa moléculas favorecedoras de la regeneración neural (factores tróficos, moléculas de adhesión, etc.) también produce inhibidores de la misma (proteoglicanos, tenascinas, efrinas, semaforinas, etc.). Del mismo modo, la microglía reactiva ejerce un efecto doble sobre las neuronas dañadas ya que segrega moléculas que comprometen su supervivencia (radicales libres, enzimas, etc..), y además libera citoquinas que actuan de forma paracrina sobre la astrogía favoreciendo su activación y producción de factores tróficos. La oligodendroglía se comporta también como un tipo celular que dificulta la regeneración axónica en el sistema nervioso ya que la mielina que estas células producen, contiene dos potentes inhibidores: Nogo y MAG. El efecto final ocasionado por el conjunto de todas las moléculas que se producen en la zona de la lesión y fuera de ella, es la inhibición del proceso regenerativo. Esto conduce a una pérdida permanente e irreversible de las funciones mediadas por las neuronas dañadas.
La prevalencia de las lesiones del sistema nervioso y las consecuencias devastadoras para los pacientes que las sufren han instado la búsqueda de una estrategia experimental que permita a los axones lesionados crecer dentro del SNC. De esta forma, los resultados obtenidos en animales de laboratorio podrían ayudar a encontrar una terapia en personas. En general, para que una estrategia reparadora del sistema nervioso sea eficaz debe de ser capaz de: 1) garantizar la supervivencia de las células (neuronas y glía); 2) estimular la entrada de las neuronas dañadas en "estado regenerativo"; 3) promover el crecimiento de los axones a través de entornos inhibidores; 4) permitir que los axones puedan elongarse y ser guiados hacia dianas específicas; 5) favorecer el restablecimiento de conexiones sinápticas con las dianas; y 6) en los casos que sea necesario, permitir la remielinización de los axones. Aunque por el momento, las estrategias experimentales utilizadas no cumplen todos estos requisitos, todas ellas obedecen a una misma idea básica: favorecer la supervivencia de las neuronas lesionadas y proporcionar a los axones los factores y el entorno adecuado para que puedan crecer. Con este fin, se han colocado en el lugar de la lesión injertos de nervio periférico (el pionero fué Ramón y Cajal), de tejido nervioso embrionario, se han admininistrado factores neurotróficos, moléculas de adhesión y otros promotores, y también moléculas bloqueantes de los inhibidores de la cicatriz glial y de la mielina, se han implantado matrices y polímeros, se han transplantado células normales o modificadas genéticamente, etc. Con la mayoría de estas técnicas se ha conseguido incrementar la supervivencia de las neuronas lesionadas y que éstas crezcan su axon dentro de los múltiples entornos permisivos implantados. Sin embargo, los axones son incapaces de salir fuera del ambiente favorable, no pudiendo regenerar en el entorno inhibidor del SNC, manteniéndose, por ello, la desconexión con las estructuras diana.
TRASPLANTES CELULARES COMO ESTRATEGIA REPARADORA
Los trasplantes de células constituyen una estrategia terapéutica prometedora para reparar diversas patologías del sistema nervioso. Muchos son los tipos celulares que se han empleado hasta la fecha con este fin en diversos modelos experimentales de lesión. En general, y en la mayoría de los estudios, la elección del tipo celular objeto de trasplante ha dependido del tipo de lesión a tratar y de la capacidad reparadora intrínseca que las células de elección presentaban. En el caso de las patologías por axotomía, en las que se produce una interrupción de fibras nerviosas sin muerte neuronal, la finalidad de trasplantar células es conseguir la regeneración de los axones lesionados y que éstos restablezcan las conexiones adecuadas con sus dianas para que se recuperen las funciones perdidas como consecuencia de la agresión. Se suelen emplear células que, de forma espontánea o tras ser manipuladas genéticamente, produzcan factores de supervivencia y/o promotores del crecimiento de axones. En este sentido se han usado células de Schwann procedentes de nervios periféricos, astrocitos inmaduros procedentes de cerebros en desarrollo, tanicitos del hipotálamo, células ependimales de los plexos coroideos, glía envolvente del bulbo olfatorio, células de Schwann y fibroblastos modificados genéticamente para producir factores, etc. También se han empleado macrófagos y microglía activada para favorecer la eliminación de restos celulares en la zona de la lesión, y como fuente de citoquinas, ya que se sabe que las células inflamatorias juegan un papel esencial en la reparación y regeneración del SNP. Sin embargo, a excepción de la glía envolvente olfatoria (ver siguiente apartado), todas estas células no se integran bien en el huésped y tienen limitada su capacidad de migrar dentro del SNC una vez trasplantadas, por lo que sólo pueden ejercer su efecto reparador localmente en el lugar del implante, dificultándose la regeneración axonal de larga distancia, y por ende, la reparación completa del sistema dañado.
En el caso de las patologías degenerativas, el objeto de los trasplantes celulares es doble. Por una parte, reemplazar a las células que han degenerado por otras que puedan suplir su función, y por otra, promover la supervivencia y rescatar aquellas células que aún no han degenerado. En el primero de los casos, los trasplantes de células madre pluripotenciales, precursores oligopotenciales o prediferenciados constituye una estrategia reparadora muy prometedora. Por ejemplo, se han usado con éxito trasplantes de precursores de oligodendrocitos para promover la mielinización de axones desnudos en modelos experimentales de esclerosis múltiple. En modelos experimentales de la enfermedad de Parkinson se han trasplantado neuroblastos dopaminérgicos, y otras células productoras de dopamina (células del cuerpo carotídeo, modificadas genéticamente, etc.) en el estriado de los animales consiguiendo una mejoría funcional de los mismos. También se están utilizando trasplantes de células madre pluripotenciales para reparar patologías degenerativas, traumáticas e isquémicas del sistema nervioso. Sin embargo, aunque en este caso, las células trasplantadas sobreviven en el huésped y conservan una gran plasticidad, la mayoría de las veces, las señales presentes en la zona del implante conducen la diferenciación de estas células multipotentes hacia fenotipos no deseados, generalmente gliales. Para evitar este inconveniente, varios grupos están optando por pre-diferenciar las células, antes de ser trasplantadas, hacia fenotipos más restringidos (oligopotenciales o específicos). En el caso de la terapia celular sustitutiva (con neuronas o precursores neuronales), y para que el sistema vuelva a ser funcional a largo plazo, es necesario, además, que las células trasplantadas se conecten con las estructuras adecuadas y se reparen los circuitos dañados. Para ello, estas neuronas deben crecer su axón, regenerarlo y restablecer contacto sináptico con sus dianas, por lo que sería conveniente combinar esta terapia con alguna otra promotora de la regeneración axonal. En modelos de enfermedades degenerativas, también se usan trasplantes de células que liberan factores tróficos y promotores de la supervivencia, entre otras estrategias, para evitar que células que aún no han degenerado mueran. En este sentido se han utilizado células de Schwann, astrocitos, células modificadas genéticamente para producir estos factores, etc.
REPARACIÓN DE MÉDULAS ESPINALES LESIONADAS MEDIANTE TRASPLANTES DE GLÍA ENVOLVENTE OLFATORIA
La glía envolvente olfatoria (OEG) se localiza en el epitelio olfatorio (SNP) y dentro del SNC, en las dos primeras capas del bulbo olfatorio (capa de las fibras olfativas y glomerular). En el bulbo, estas células aíslan a los axones olfatorios del entorno inhibidor del SNC, permitiendo que crezcan y establezcan contacto sináptico con las neuronas de segundo orden de esta vía. Aunque la OEG comparte algunas propiedades con las células de Schwann, los astrocitos y la glía radial, no puede clasificarse dentro de ninguno de los tipos de glía clásicos, ya que tiene propiedades que la hacen diferir de ellos. Se trata pues, de un tipo celular único con propiedades permisivas para el crecimiento de axones dentro del SNC. Por esta razón, nos interesó su estudio, y hemos probado su eficacia reparadora en otras regiones del SNC de mamíferos adultos, donde la regeneración espontánea de axones no es posible. Como la OEG se localiza normalmente en el SNC, debería integrarse bien tras ser trasplantada. En un primer estudio realizado en ratas demostramos que la OEG promovía la regeneración de axones de las raíces dorsales lesionados dentro de la médula espinal. Sin embargo, dado que las lesiones medulares en pacientes son más complejas y normalmente afectan a varios tipos de haces o incluso a todos, en los últimos años hemos adoptado como modelo la sección medular completa. Cualquier estrategia capaz de reparar lesiones tan severas será seguramente eficaz en lesiones más leves. Recientemente hemos observado que la OEG puede reparar funcional y estructuralmente médulas espinales seccionadas de mamífero adulto, cuando los trasplantes se hacen inmediatamente después de la lesión (fase aguda). En un primer trabajo, la OEG se utilizó para potenciar la capacidad regeneradora de implantes de células de Schwann en las médulas espinales lesionadas de ratas adultas. En estos animales, axones serotoninérgicos descendentes y propioespinales ascendentes crecieron distancias largas (1,5 cm y 2.5 cm respectivamente) en los muñones medulares. En el último trabajo realizado se evaluó el potencial reparador que la OEG tiene per se y sin estrategias adicionales, también en ratas con sección completa de su médula espinal. Trasplantando OEG se consiguió que estas ratas parapléjicas recuperasen el movimiento voluntario de sus patas traseras, la sensibilidad al tacto leve y propioceptiva, y que axones motores (corticoespinales, serotoninérgicos y noradrenérgicos) regeneraran largas distancias (3 cm) en sus médulas espinales. Esta constituye la mayor recuperación funcional e histológica descrita hasta la fecha en mamíferos adultos con lesión medular completa.
Cultivo de OEG de bulbo olfatorio adulto teñido inmunocitoquímicamente con un anticuerpo frente a la proteína ácida de los filamentos gliales (GFAP).
Aunque de un bulbo olfatorio se puede obtener un número suficiente de OEG para ser trasplantada en una médula espinal, estas células experimentan un número finito de divisiones y no se pueden obtener en grandes cantidades. Con el fin de extender la vida replicativa de la OEG y alargar su vida media hemos modificado genéticamente la OEG, empleando una técnica no oncogénica. Esto permitirá obtener de una forma rápida y eficaz un número elevado de OEG para su trasplante cuando éste no pueda ser autólogo, y permitirá garantizar su disponibilidad, al poderse almacenar en bancos de células. Hemos introducido telomerasa en la OEG para extender su vida media, porque ésto tiene ventajas respecto a la utilización de técnicas de inmortalización con oncogenes, ya empleadas en la OEG y otras células por otros autores hace varios años (por ejemplo, introduciendo el antígeno T del virus SV40). Las células modificadas para expresar telomerasa presentan inhibición por contacto, no se dividen una vez trasplantadas, no forman tumores, y no necesitan de ningún represor exógeno del gen. Además, no presentan una alteración de su fenotipo original ni de su función. Tampoco presentan cambios moleculares asociados con transformación maligna, ni inestabilidad genética, ni patrones aberrantes de crecimiento. Debido a estas ventajas, la OEG que expresa telomerasa podría ser utilizada en terapia celular para reparar el sistema nervioso. Al no alterarse su fenotipo, estas células son además óptimas para ser utilizadas en la caracterización molecular de la OEG.
La utilización de trasplantes de OEG para reparar lesiones de la médula espinal presenta una serie de ventajas respecto a la utilización de otras estrategias reparadoras. La OEG sobrevive tras ser trasplantada y se integra adecuadamente en el SNC del huésped. A diferencia de otras células, se entremezcla bien con las células propias del SNC y con la cicatriz glial, atravesándola y migrando grandes distancias, desde donde fueron implantadas, adentrándose en los muñones medulares. Por lo tanto, la OEG constituye un "injerto móvil" que parece acompañar a los axones en regeneración en su recorrido dentro del SNC, seguramente proporcionándoles los factores que necesitan para su elongación. Además, la OEG es más eficaz que otros tipos celulares (células de Schwann, astrocitos) en su capacidad de promover el crecimiento de fibras nerviosas tanto in vivo como in vitro.
La OEG se puede obtener de monos y personas adultas y, estas células de primates, presentan las mismas propiedades morfológicas e inmunocitoquímicas que la OEG de rata. Esto sugiere que la OEG de primates podría también presentar propiedades reparadoras del sistema nervioso. Además, de un solo bulbo olfatorio se pueden obtener suficientes células como para trasplantar la médula espinal de un animal. Los monos bulbectomizados unilateralmente no presentan secuelas quirúrgicas o complicaciones derivadas de la ausencia de un bulbo olfatorio. Todo esto abre la posibilidad de realizar trasplantes autólogos para reparar la médula espinal en primates. Esto supondría una gran ventaja ya que permitiría eliminar el riesgo de rechazo que existe la realizar trasplantes heterólogos y la dificultad para encontrar un donante adecuado.
En definitiva, las ventajas de la utilización de OEG como estrategia reparadora del sistema nervioso se pueden resumir en cinco palabras: disponibilidad, autotrasplante, integración, migración y eficacia.
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