De un muñón a una pierna funcional en 18 meses: científicos logran regenerar extremidades en ranas adultas
Un grupo de investigadores ha conseguido que en el transcurso de 18 meses vuelvan a crecer en ranas adultas extremidades perdidas. Lo han hecho utilizando un cóctel de cinco fármacos aplicado en el muñón de los sujetos del estudio. Las ranas, como los humanos, son incapaces de regenerar por naturaleza estructuras grandes y complejas de sus organismos.
El logro ha sido publicado este miércoles en la revista Science Advances. Es obra científicos de la Universidad de Tufts y del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard, ambas en Estados Unidos.
Los investigadores desencadenaron el proceso de regeneración en las ranas de garras africanas (Xenopus laevis) cubriendo la herida con un tapón de silicona –al que llaman BioDome–, que contiene un gel con el cóctel de cinco fármacos.
Cada uno de los fármacos cumple una función diferente: reducir la inflamación, inhibir la producción de colágeno que provocaría la cicatrización y fomentar el crecimiento de nuevas fibras nerviosas, vasos sanguíneos y músculos.
El tapón es técnicamente un biorreactor (un dispositivo que alberga y mantiene un proceso biológico o químico activo). Junto al cóctel de cinco fármacos, el biorreactor proporcionó tanto señales bioquímicas como un entorno controlado y estable que consiguió revertir la cicatrización natural del muñón y forzar el proceso regenerativo.
Crecimiento “espectacular”
Los investigadores observaron un crecimiento “espectacular” del tejido en muchas de las ranas tratadas, recreando una pata casi totalmente funcional. Las nuevas extremidades tenían una estructura ósea extendida con características similares a la estructura ósea de una extremidad natural y varios “dedos”, que crecieron desde el extremo de la extremidad, aunque sin el apoyo del hueso subyacente.
La extremidad regenerada se movía y respondía a estímulos como el toque de una fibra rígida, y las ranas pudieron utilizarla para nadar por el agua, moviéndose de forma muy parecida a como lo haría una rana normal, señalan en el comunicado.
Millones de personas pierden anualmente miembros por razones que van desde la diabetes hasta los traumatismos
Muchas criaturas tienen la capacidad de regenerar completamente al menos algunas extremidades, como las salamandras, las estrellas de mar, los cangrejos y los lagartos. Los gusanos planos pueden incluso cortarse en pedazos, y cada pieza reconstruye un organismo entero, recuerdan desde la Tufts University.
Los humanos somos capaces de cerrar las heridas con el crecimiento de nuevos tejidos, y nuestros hígados tienen una notable capacidad, casi similar a la de los platelmintos (los gusanos planos), de regenerarse hasta alcanzar su tamaño completo tras una pérdida del 50%. Pero en mamíferos la pérdida de una extremidad grande y estructuralmente compleja –un brazo o una pierna– no puede restaurarse mediante ningún proceso natural de regeneración.
“De hecho, tendemos a cubrir las lesiones importantes con una masa amorfa de tejido cicatrizal, que las protege de nuevas pérdidas de sangre e infecciones e impide que sigan creciendo”, señala la nota. Millones de personas pierden anualmente miembros por razones que van desde la diabetes hasta los traumatismos.
“Es emocionante ver que los fármacos que seleccionamos ayudaron a crear una extremidad casi completa”, afirma Nirosha Murugan, investigadora afiliada al Allen Discovery Center de Tufts y primera autora del trabajo. “El hecho de que sólo fuera necesaria una breve exposición a los fármacos para poner en marcha un proceso de regeneración de meses de duración sugiere que las ranas, y quizá otros animales, cuenten con capacidades regenerativas latentes que pueden ponerse en marcha”.
La extremidad regenerada se movía y respondía a estímulos como el toque de una fibra rígida, y las ranas pudieron utilizarla para nadar por el agua, moviéndose de forma muy parecida a como lo haría una rana normal, señalan en el comunicado
Los investigadores exploraron los mecanismos por los que esta limitada intervención ha dado lugar a un crecimiento a largo plazo. En los primeros días tras el tratamiento detectaron la activación de vías moleculares ya conocidas y que normalmente juegan un papel en el desarrollo embrionario.
La activación de estas vías podría permitir que la organización del tejido sea manejada por la propia extremidad, de forma similar a como ocurre en un embrión, en lugar de requerir una intervención terapéutica continua durante los muchos meses que lleva el crecimiento de la extremidad.
Cómo funciona el tapón de silicona
Los animales con capacidad natural de regeneración viven en su mayoría en un entorno acuático. La primera etapa de crecimiento tras la pérdida de un miembro es la formación de una masa de células madre en el extremo del muñón llamada blastema, que se utiliza para reconstruir gradualmente la parte del cuerpo perdida. La herida se cubre rápidamente con células de la piel en las primeras 24 horas después de la lesión, protegiendo el tejido que se reconstruye por debajo.
“Los mamíferos y otros animales que se regeneran suelen tener sus heridas expuestas al aire o en contacto con el suelo, y pueden tardar de días a semanas en cerrarse con tejido cicatricial”, explica David Kaplan, profesor de ingeniería en Tufts y coautor del estudio. “El uso del tapón BioDome en las primeras 24 horas ayuda a imitar un entorno similar al amniótico que, junto con los fármacos adecuados, permite que el proceso de reconstrucción avance sin la interferencia del tejido cicatricial”.
Trabajos anteriores del equipo de Tufts mostraron un grado significativo de crecimiento de las extremidades provocado por el uso del tapón de silicona y una única sustancia: una hormona, la progesterona. Sin embargo, la extremidad resultante crecía en forma de espiga y distaba mucho de la extremidad funcional de forma más normal lograda en el estudio actual.
"Vamos a probar cómo podría aplicarse este tratamiento en mamíferos"
El cóctel de cinco fármacos, aseguran desde Tufts, representa “un hito importante” en el restablecimiento de extremidades de rana totalmente funcionales y sugiere que una exploración más profunda de las combinaciones de fármacos y factores de crecimiento podría conducir a extremidades recuperadas aún más completas desde el punto de vista funcional, con dedos normales y membranas y características esqueléticas y musculares más detalladas.
“Vamos a probar cómo podría aplicarse este tratamiento en mamíferos”, afirma otro de lo autores, Michael Levin, profesor en la Escuela de Artes y Ciencias de Tufts. “Cubrir la herida abierta con un entorno líquido bajo el tapón BioDome, con el cóctel de fármacos adecuado, podría proporcionar las primeras señales necesarias para poner en marcha el proceso regenerativo”.
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