Una investigación llevada a cabo por dos grupos del Centro de Investigación Cooperativa en biomateriales CIC biomaGUNE y uno de SISSA, la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (Italia), ha demostrado que los biomateriales funcionales basados en nanotubos de carbono son una posible vía para facilitar la reconexión de redes neuronales dañadas en lesiones medulares. El estudio, publicado por la prestigiosa revista científica PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the U.S.A.), ha aportado un gran avance a la investigación enfocada a la recuperación de este tipo de lesiones.
Los grupos de investigación del profesor Ikerbasque y Axa Chair de CIC biomaGUNE Maurizio Prato —referencia a nivel mundial en biomateriales basados en carbono— y de la profesora Laura Ballerini, de SISSA en Trieste (Italia), tienen una gran experiencia en la investigación en el campo de la aplicación de la nanotecnología y los nanomateriales para la reparación de lesiones neuronales. La colaboración entre ambos equipos ha demostrado reiteradamente que los biomateriales basados en nanotubos de carbono facilitan la comunicación entre neuronas, el crecimiento neuronal, y el establecimiento de conexiones a través de este tipo de materiales. “Las propiedades eléctricas y mecánicas de los nanotubos de carbono permiten muchas aplicaciones impensables para cualquier otro material. En particular, su interacción con las células excitables, como las células nerviosas y cardíacas, hacen que los nanotubos de carbono adquieran una gran relevancia. No solo aumenta la comunicación entre las células cuando interactúan con los nanotubos de carbono, sino que también es posible construir andamios mecánicamente estables que sustentan el crecimiento de los nervios”, declara el profesor Prato.
“Los grupos de Prato y Ballerini ya habían demostrado la formación de conexiones neuronales en sistemas in vitro, en cultivos celulares; pero faltaba dar el salto a un modelo in vivo de lesión medular en animal, y poder visualizar si efectivamente esas comunicaciones entre neuronas individuales se daban también a nivel de fibras neuronales completas en un modelo in vivo, y si se conseguían resultados funcionales”, explica el profesor Ikerbasque de CIC biomaGUNE Pedro Ramos —líder de la Unidad de Imagen por Resonancia Magnética y tercera pieza clave en la investigación—.
En este último avance, los investigadores han podido “demostrar que en una serie de animales con una sección parcial de la médula espinal se va estableciendo efectivamente una reconexión de las fibras a través del implante introducido, una especie de esponja de nanotubos de carbono compuesta de fibras entrecruzadas. Los nervios se vuelven a conectar en aquella zona donde estaban lesionados, y, además, los animales recuperan la funcionalidad, sobre todo en las patas traseras, las más afectadas por la lesión. Asimismo, se ha demostrado que el material es biocompatible, es decir, no se ha detectado ninguna reacción inmune”, afirma Pedro Ramos. Este gran paso supone, en opinión del profesor Ikerbasque, “una esperanza hacia el futuro, para avanzar en la recuperación de este tipo de lesiones medulares, del nervio óptico, o incluso de algún tipo de lesión traumática en la que se pierde la conexión neuronal, afectando a la movilidad de un miembro”. Pero advierte que “eso no significa que dentro de un año o dos podamos estar reparando lesiones medulares”.
Una meta en el horizonte
Según explica Ramos, la investigación se ha llevado a cabo en “condiciones muy controladas, como cualquier estudio de laboratorio”, y es necesario evolucionar: “Son muchos los aspectos que todavía hay que ir trabajando desde el punto de vista del material, desde el punto de vista de las condiciones en las que el material se implanta, de las condiciones en las que ese material tiene que trabajar…”. Por ejemplo, es fundamental ahondar en las propiedades microestructurales y mecánicas del material, o propiedades que faciliten la interconexión neuronal, evitando posibles efectos secundarios o incluso un rechazo del propio material (rigidez, elasticidad, esponjosidad, compacidad, tamaño de los poros que quedan entre las fibras, etc.). Asimismo, es fundamental seguir avanzando en los métodos de obtención, para que sean lo más estables y reproducibles posible, y poder introducir en su estructura componentes como, por ejemplo, factores de crecimiento u otras sustancias que faciliten la comunicación neuronal.
Por otra parte, se deberían estudiar las condiciones que permitan proceder al implante de los materiales: “Es importante ver cómo y cuándo implantarlo. En el estudio hemos introducido el implante en una fase aguda de lesión, no hemos tenido que lidiar con la existencia de una cicatriz glial, etc.”. Además, “habrá que ver si en otros modelos animales con menos plasticidad neuronal se confirman estos resultados”. Uno de los aspectos principales de este proceso de reconexión es “saber si se producen las mismas conexiones que había antes de la lesión o si se produce plasticidad neuronal, es decir, se establecen nuevas conexiones que antes no existían y el sistema nervioso busca otra forma de reconectarse para adaptarse a la nueva situación”. En ese sentido, desde el punto de vista de la imagen, “estamos avanzando en el desarrollo de técnicas de imagen funcional que nos permitan ver las conexiones entre el cerebro y el sistema nervioso periférico desde un punto de vista funcional”, añade.
Aun congratulándose del prometedor avance obtenido en la investigación, el investigador de CIC biomaGUNE se muestra cauto y remarca que “estamos lejos de que esto pueda ser trasladable al ser humano. Tiene todas las características para que sea trasladable, y se ha demostrado que funciona, que es efectivo y que no produce reacciones adversas en modelos animales. Falta trabajo para al alcanzar la meta, pero vamos en la buena dirección”.
Referencias bibliográficas
S. Usmani et al.,
Functional rewiring across spinal injuries via biomimetic nanofiber scaffolds
Proc. Natl. Acad. Sci USA (PNAS)
DOI: 10.1073/pnas.2005708117
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