ajolote, salamandras, regeneración, axolotl, medicina regenerativa, salamandra del dios fuego
 |
| Los ajolotes son un organismo modelo que los investigadores utilizan para estudiar una variedad de temas en biología. Rubén Undheim/Flickr , CC BY-SA |
02 septiembre 2022.- El ajolote ( Ambystoma mexicanum ) es una salamandra acuática reconocida por su capacidad para regenerar la médula espinal, el corazón y las extremidades . Estos anfibios también crean fácilmente nuevas neuronas a lo largo de sus vidas. En 1964, los investigadores observaron que los ajolotes adultos podían regenerar partes de sus cerebros , incluso si se extirpaba por completo una gran parte. Pero un estudio encontró que la regeneración del cerebro del ajolote tiene una capacidad limitada para reconstruir la estructura del tejido original.
Entonces, ¿cuán perfectamente pueden los ajolotes regenerar sus cerebros después de una lesión?
En un estudio publicado recientemente , los investigadores han creado un atlas de las células que forman parte del cerebro del ajolote, arrojando luz sobre la forma en que se regenera y la evolución del cerebro entre especies.
¿Por qué mirar las células?
Diferentes tipos de células tienen diferentes funciones. Pueden especializarse en ciertos roles porque cada uno expresa genes diferentes. Comprender qué tipos de células hay en el cerebro y qué hacen ayuda a aclarar la imagen general de cómo funciona el cerebro. También permite a los investigadores hacer comparaciones a lo largo de la evolución y tratar de encontrar tendencias biológicas entre especies.
Una forma de entender qué células expresan qué genes es mediante el uso de una técnica llamada secuenciación de ARN de una sola célula (scRNA-seq) . Esta herramienta permite a los investigadores contar la cantidad de genes activos dentro de cada célula de una muestra en particular. Esto proporciona una "instantánea" de las actividades que estaba haciendo cada celda cuando se recopiló.
Esta herramienta ha sido fundamental para comprender los tipos de células que existen en el cerebro de los animales. Los científicos han utilizado scRNA-seq en peces , reptiles , ratones e incluso humanos . Pero falta una pieza importante del rompecabezas de la evolución del cerebro: los anfibios.
Mapeo del cerebro del ajolote
Nuestro equipo decidió centrarse en el telencéfalo del ajolote. En los humanos, el telencéfalo es la división más grande del cerebro y contiene una región llamada neocorteza , que juega un papel clave en el comportamiento y la cognición de los animales. A lo largo de la evolución reciente, la neocorteza ha crecido enormemente en tamaño en comparación con otras regiones del cerebro.
Del mismo modo, los tipos de células que componen el telencéfalo en general se han diversificado mucho y han crecido en complejidad con el tiempo, lo que convierte a esta región en un área intrigante para estudiar.
Se usa la técnica scRNA-seq para identificar los diferentes tipos de células que componen el telencéfalo del ajolote, incluidos diferentes tipos de neuronas y células progenitoras , o células que pueden dividirse en más de sí mismas o convertirse en otros tipos de células.
De esta forma, los científicos han identificado qué genes están activos cuando las células progenitoras se convierten en neuronas y han descubierto que muchas pasan a través de un tipo de célula intermedia llamada neuroblastos, que antes no existía en los ajolotes, antes de convertirse en neuronas maduras.
Luego, pusieron a prueba la regeneración del ajolote quitando una sección de su telencéfalo. Usando un método especializado de scRNA-seq , pudieron capturar y secuenciar todas las células nuevas en diferentes etapas de regeneración, de una a 12 semanas después de la lesión. Finalmente, descubrieron que todos los tipos de células que se eliminaron se habían restaurado por completo.
Observaron que la regeneración del cerebro ocurre en tres fases principales. La primera fase comienza con un rápido aumento en el número de células progenitoras, y una pequeña fracción de estas células activa un proceso de curación de heridas. En la fase dos, las células progenitoras comienzan a diferenciarse en neuroblastos. Finalmente, en la fase tres, los neuroblastos se diferencian en los mismos tipos de neuronas que se perdieron originalmente.
Sorprendentemente, también observaron que las conexiones neuronales cortadas entre el área extirpada y otras áreas del cerebro se habían vuelto a conectar. Este recableado indica que el área regenerada también había recuperado su función original.
Anfibios y cerebros humanos
Agregar anfibios al rompecabezas evolutivo permite a los investigadores inferir cómo el cerebro y sus tipos de células han cambiado con el tiempo, así como los mecanismos detrás de la regeneración.
Cuando compararon los datos del ajolote ( axolotl ) con otras especies, encontraron que las células en su telencéfalo muestran una gran similitud con el hipocampo de los mamíferos , la región del cerebro involucrada en la formación de la memoria, y la corteza olfativa , la región del cerebro involucrada en el sentido de oler.
Incluso encontraron algunas similitudes en un tipo de célula ajolote con la neocorteza, el área del cerebro conocida por la percepción, el pensamiento y el razonamiento espacial en los humanos.
Estas similitudes indican que estas áreas del cerebro pueden conservarse evolutivamente o permanecer comparables a lo largo de la evolución, y que la neocorteza de los mamíferos puede tener un tipo de célula ancestral en el telencéfalo de los anfibios.
Si bien el nuevo estudio arroja luz sobre el proceso de regeneración del cerebro, incluidos los genes involucrados y cómo las células finalmente se convierten en neuronas, todavía no sabemos qué señales externas inician este proceso. Además, no sabemos si los procesos que identificamos todavía son accesibles para los animales que evolucionaron más tarde, como los ratones o los humanos.
Pero los autores de este nuevo estudio no están resolviendo el rompecabezas de la evolución del cerebro solos. El Laboratorio Tosches de la Universidad de Columbia exploró la diversidad de tipos de células en otra especie de salamandra, Pleurodeles waltl , mientras que el laboratorio Fei de la Academia de Ciencias Médicas de Guangdong en China y colaboradores de la empresa de ciencias de la vida BGI exploraron cómo los tipos de células están dispuestos espacialmente en el cerebro anterior del ajolote .
La identificación de todos los tipos de células en el cerebro del ajolote también ayuda a allanar el camino para la investigación innovadora en medicina regenerativa.
Los cerebros de ratones y humanos han perdido en gran medida su capacidad para repararse o regenerarse. Las intervenciones médicas para lesiones cerebrales graves actualmente se centran en terapias con medicamentos y células madre para impulsar o promover la reparación. Examinar los genes y los tipos de células que permiten que los ajolotes logren una regeneración casi perfecta puede ser la clave para mejorar los tratamientos para lesiones graves y desbloquear el potencial de regeneración en humanos.
Fundamental en búsqueda de reparación de heridas
La regeneración de partes del cuerpo perdidas es imposible para los humanos, pero descifrar el código celular de las salamandras podría ayudar a tratar heridas graves. Si bien permanece dentro del ámbito de la ciencia ficción que una persona vuelva a crecer un brazo o una pierna, los investigadores creen que las salamandras pueden ofrecer información sobre cómo se pueden tratar mejor las lesiones de los pacientes.
Una vez que se pierde una extremidad de ajolote, se forma un coágulo de sangre en el sitio de la herida. Las células de la piel se mueven para cubrir la herida en un día. Luego, los tejidos debajo comienzan a reorganizarse, primero formando una masa desordenada de células, un blastema, que parece carecer de organización.
En las heridas humanas, el tejido cicatricial está formado por células parecidas al pegamento llamadas fibroblastos. En las salamandras, sucede algo sorprendente ya que, en cuestión de semanas, estas células retroceden en el tiempo para volverse menos especializadas.
Recuperan suficiente flexibilidad para convertirse en hueso, ligamento, tendón o cartílago. Luego, se disparan señales que dirigen la reconstrucción de la parte del cuerpo que falta a partir del muñón, creando una réplica exacta.
Esto podría ser extremadamente beneficioso, por ejemplo, para las personas que sufren quemaduras extensas. La reparación de esta piel actualmente no le da a una persona glándulas sudoríparas, folículos pilosos y otros tipos de células, pero las lecciones de la salamandra podrían hacerlo posible.
Fuentes:
Single-cell analyses of axolotl telencephalon organization, neurogenesis, and regeneration. Science, 2 Sep 2022,Vol 377, Issue 6610, DOI: 10.1126/science.abp926
ReGeneMems | ProDistReg | Estudios de Marie Skłodowska-Curie
COMENTARIOS