“Moléculas danzantes” para la regeneración medular

Sección longitudinal de la médula espinal tratada con las nanofibras sintéticas bioactivas. Los axones regenerados (rojo) volvieron a crecer dentro de la lesión. Crédito: Samuel I. Stupp Laboratory/Northwestern University.

Logran recuperar la movilidad en ratones con graves lesiones medulares mediante una inyección de nanofibras

 

Investigadores desarrollan una nueva terapia inyectable que utiliza nanofibras sintéticas para reparar lesiones medulares. Las nanofibras, que contienen “moléculas danzantes”, estimulan eficazmente los receptores celulares promoviendo la regeneración medular. Después de una sola inyección, animales paralizados tratados con esta nueva terapia volvieron a caminar en tan solo cuatro semanas. El artículo ha sido publicado en Science

 

IBEC / Investigadores liderados por el Profesor Samuel Stupp, de la Universidad de Northwestern (EE. UU.) y también Profesor Distinguido Severo Ochoa en el IBEC, y con participación de Zaida Álvarez Pintoactual investigadora del grupo “Biomateriales para Terapias Regenerativas” en el IBEC, un centro CERCA, han desarrollado una nueva terapia inyectable que usa “moléculas danzantes” para revertir la parálisis y reparar el tejido después de lesiones graves de la médula espinal. 

La nueva terapia inyectable usa “moléculas danzantes” para revertir la parálisis y reparar el tejido después de lesiones graves de la médula espinal

En un trabajo pionero realizado en la Universidad de Northwestern, con Álvarez Pinto como primera autora, y publicado en la prestigiosa revista Science, los investigadores administraron una sola inyección de nanofibras en la médula espinal de ratones paralizados. Solo cuatro semanas después, los animales recuperaron la capacidad de caminar. 

Una vez que la terapia realiza su función, los materiales se biodegradan en 12 semanas en nutrientes para las células y luego desaparecen por completo del cuerpo sin efectos secundarios notables. Este es el primer estudio en el que investigadores controlaron el movimiento colectivo de moléculas a través de cambios en la estructura química de las nanofibras para aumentar la eficacia terapéutica.

 

La esperanza de vida no ha mejorado desde 1980

Según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal, casi 300.000 personas viven actualmente con algún tipo de lesión de médula espinal en los EEUU. Menos del 3% de las que sufren lesiones completas recuperan las funciones físicas básicas y cerca del 30% son reingresados ​​al menos una vez, lo que conlleva a un coste muy elevado en atención sanitaria de por vida. Además, la esperanza de vida se reduce significativamente y no ha mejorado desde la década de los 80.  

Según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal, casi 300.000 personas viven actualmente con algún tipo de lesión de médula espinal en los EEUU. 

“Actualmente, no existen terapias que desencadenen la regeneración de la médula espinal”, según Stupp, experto en medicina regenerativa y Director del Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology de la Universidad de Northwestern en Chicago. “Quería enfocar el trabajo en las consecuencias de una lesión de médula espinal y abordar este problema, dado el tremendo impacto que podría tener en la vida de los pacientes. Además, una nueva ciencia para abordar la lesión de la médula espinal podría tener un impacto en las estrategias para tratar las enfermedades neurodegenerativas y los accidentes cerebrovasculares”.  

El objetivo del estudio ha sido encontrar una terapia que pueda evitar que las personas queden paraliticas después de un trauma o enfermedad grave en la médula espinal. Durante décadas, esto ha sido un gran desafío para los científicos porque el sistema nervioso central, que incluye el cerebro y la médula espinal, no tiene ninguna capacidad significativa para repararse después de una lesión o después del inicio de una enfermedad degenerativa.  

“Vamos a ir directamente a la Agencia de Administración de Alimentos y Medicamentos en EE. UU. para iniciar el proceso de aprobación de esta nueva terapia para su uso en pacientes humanos, que actualmente tienen muy pocas opciones de tratamiento”.

 

Samuel I. Stupp de Northwestern/IBEC

 

Las células y sus receptores están en constante movimiento, de forma que lo que los investigadores han imaginado es que si las moléculas usadas en el tratamiento se mueven más rápidamente encontrarán estos receptores con más frecuencia. Por otro lado, moléculas lentas y no tan ‘sociables’, probablemente nunca entraran en contacto con los receptores de las células.  

Inyectada como un líquido, la terapia se gelifica inmediatamente en una compleja red de nanofibras que imitan la matriz extracelular de la médula espinal. Al hacer coincidir la estructura de la matriz, imitar el movimiento de las moléculas biológicas e incorporar señales para los receptores, los materiales sintéticos pueden comunicarse con las células. 

“El secreto detrás de este nuevo y revolucionario tratamiento terapéutico es sintonizar el movimiento de las moléculas para que puedan encontrar y activar adecuadamente los receptores celulares en constante movimiento”.

Zaida Álvarez Pinto, primera autora del trabajo, actual investigadora del IBEC.

 

“La innovación clave en nuestra investigación, que nunca se había hecho antes, es controlar el movimiento colectivo de más de 100.000 moléculas dentro de nuestras nanofibras. Al hacer que las moléculas se muevan, “bailen” o incluso salten temporalmente de estas estructuras, conocidas como polímeros supramoleculares, pueden conectarse de manera más eficaz con los receptores de las células, que se mueven constantemente “, explica Stupp.   

Stupp y su equipo encontraron que ajustar el movimiento de las moléculas dentro de la red de nanofibras para hacerlas más ágiles resultó en una mayor eficacia terapéutica en ratones paralizados. También confirmaron que las formulaciones de su terapia con movimiento molecular perfeccionado funcionaron mejor durante las pruebas in vitro con células humanas, lo que indica una mayor bioactividad y señalización celular. 

 

Una inyección, varias señales

Al enviar señales bioactivas para hacer que el tejido se repare y se regenere, la terapia revolucionaria mejoró drásticamente la médula espinal gravemente lesionada. Una vez conectadas a los receptores, las moléculas en movimiento desencadenan señales en cascada, críticas para la reparación de la médula espinal.  

Por un lado, inducen la regeneración de los axones de las neuronas de la médula lesionadas. Al igual que los cables eléctricos, los axones envían señales entre el cerebro y el resto del cuerpo, y si sufren cortes o daños se provoca la pérdida de sensibilidad en el cuerpo o incluso la parálisis.   

Una vez conectadas a los receptores, las moléculas en movimiento desencadenan señales en cascada, críticas para la reparación de la médula espinal

Por otro lado, ayuda a las neuronas a sobrevivir después de la lesión, hace proliferar otros tipos celulares y promueve el crecimiento de los vasos sanguíneos perdidos que alimentan las neuronas y las células críticas para la reparación de los tejidos. La terapia también induce la reconstrucción de la mielina alrededor de los axones (la capa aislante importante para transmitir las señales eléctricas) y reduce el tejido que actúa como barrera física para que la médula espinal se cure.  

Las señales utilizadas en el estudio imitan las proteínas naturales que se necesitan para inducir las respuestas biológicas deseadas. Sin embargo, las proteínas tienen vidas medias extremadamente cortas y su producción es muy cara. 

“Nuestras señales sintéticas son proteínas cortas y modificadas que, cuando se unen entre sí, tendrán bioactividad durante semanas en el tejido. El resultado final es una terapia que es menos costosa de producir y dura mucho más, explica Zaida Álvarez Pinto, primera autora del trabajo e investigadora del IBEC. 

 

Aplicación universal

Si bien la nueva terapia podría usarse para prevenir la parálisis después de un trauma mayor (accidentes automovilísticos, caídas, accidentes deportivos y heridas de bala), así como de enfermedades, probablemente el descubrimiento subyacente, relacionado con el “movimiento supramolecular” como un factor clave en la bioactividad, puede ser aplicado a otras terapias y dianas.  

Los tejidos del sistema nervioso central que hemos regenerado con éxito en la médula espinal lesionada son similares a los del cerebro afectados por accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas

“Los tejidos del sistema nervioso central que hemos regenerado con éxito en la médula espinal lesionada son similares a los del cerebro afectados por accidentes cerebrovasculares y enfermedades neurodegenerativas, como la ELA, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer”, explica Stupp. “Más allá de eso, nuestro descubrimiento fundamental sobre el control del movimiento de los ensamblajes moleculares para mejorar la señalización celular podría aplicarse universalmente a diferentes objetivos biomédicos”, concluye.  

 

Sobre Samuel I. Stupp

Samuel Stupp es Profesor de la Universidad Northwestern en Chicago, EE. UU, y Profesor Distinguido Severo Ochoa en el IBEC. También es miembro de la Junta de Consejeros de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica, y es el director fundador del Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology (SQI) y de su centro de investigación afiliado, el Center for Regenerative Nanomedicinecentrados en la investigación interdisciplinarian, y también del Center for Bio-Inspired Energy Science, un Centro Puntero en Investigaciones Energéticas financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. Tiene puestos en McCormick School of Engineering, Weinberg College of Arts and Sciences y la Feinberg School of Medicine. Además, Stupp también es miembro de la Academia Nacional de Ingeniería, la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias, la Real Academia Española y la Academia Nacional de Inventores. Samuel Stupp es Director del Comité Científico (ISC) del IBEC desde 2013.  

 

Sobre Zaida Álvarez Pinto

Realizó su tesis doctoral en biomateriales para la reparación de daños cerebrales en la UPC/IBEC 2009-2014. Durante el periodo 2015-2019, hizo una estancia postdoctoral en el Simpson Querrey Institute for BioNanotechnology de la Northwestern University en Chicago. Del 2019-2021 fue Research Assistant Professor en la Escuela de Medicina Feinberg Medical School en la Northwestern University.  Recientemente, como investigadora con una beca “Beatriu de Pinós” en el instituto de Bioengeniería de Catalunya (IBEC), un centro CERCA, ha obtenido una “Ramón y Cajal” para seguir investigando sobre nuevas terapias para la reparación de la médula espinal dañada.   

Referencia bibliográfica:
Zaida Alvarez, Alexandra N. Kolberg-Edelbrock, Ivan R. Sasselli, J.Alberto Ortega, Ruomeng Qiu, Zois Syrgiannis, Peter A. Mirau, Feng Chen, Stacey M. Chin, Steven Weigand, Evangelos Kiskinis, Samuel I. Stupp. Bioactive scaffolds with enhanced supramolecular motion promote recovery from spinal cord injury. Science, 2021, Vol 374 (6569), pp.848-856.

7 Comentarios

  1. Soy lesionado medular, t7’t8’t9t10’t11, completa,ase 8 años,sufro mucho dolores las 24 horas del día, Quiero participar de voluntario

  2. Mi hija Kelly Flores es lesionada Medular c6 c7, queremos participar como voluntaria, actualmente estoy en Estados Unidos y ella en Venezuela, cuales serian los pasos a seguir.

  3. Mi nombre es Cristian Mateo Cardona hace 2 años sufrí accidente de transito y mi lesión fue trauma raquimedular T7 Y T8, me ilusiona pensar que todos los que padecemos este calvario pudiéramos mejorarnos ….gracias por pensar en nosotros, seria un honor ser voluntario
    Vivo con mi Mama y mi hermano y quisiera darles esta alegría a ellos que has sufrido tanto con esta dificultad (mi celular es 3176951277)

  4. mi hijo tambien tiene una lesión medular hace cuatro años, solo el paciente y parte de la familia sabemos el padecer y sufrimiento que se pasa en el dia a dia, pido a Dios que este procedimiento sea el acertado para la regeneración de la medula y que sea lo antes posible y pueda llegar a todos los pacientes que lo requieran. LLuvia de Bendiciones a eso Doctores que los siga iluminando de sabiduria para que puedan lograr el exito en este experimento.

  5. Buenas tardes..tengo a mi hijo con aplastamiento de médula C4 y C5 hace 11 años,esta cuadriplejico sin movilidad,pero su masa muscular funciona,hace terapias y mentalmente esta en perfectas condiciones.
    Nos interesa información de la inyección de moléculas Danzantes.Muchas gracias.Somos se Argentina

  6. Hola, quiero proponer a mi hija de voluntaria para la vacuna, tuvo accidentes automovilistivo, lesión completa, t11 t12. Celular 092978863
    Uruguay

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