Terapias para proteger al cerebro

El grupo Plasticidad Neuronal y Neurorreparación del Instituto de Investigación Biomédica de Salamanca (IBSAL) y el Instituto de Neurociencias de Castilla y León (INCYL) lleva años trabajando de cara a poder comprender mejor los mecanismos de muerte neuronal y desarrollar estrategias con las que poder ralentizar estos procesos. Como parte de su último proyecto, han centrado la mirada en IGF-1 (Insulin-like Growth Factor 1), un factor de crecimiento con efectos neuroprotectores y relacionado con la supervivencia y mantenimiento de tejidos.

Concretamente buscaban poder reducir la inflamación cerebral y proteger a las neuronas frente al daño en el ADN en un modelo experimental de enfermedad neurodegenerativa, algo que ha sido posible mediante la combinación de terapia celular y terapia génica.

«Tratando de probar diferentes estrategias para reducir la muerte neuronal lo que hemos hecho por una parte es terapia celular, que es utilizar células madre de la médula ósea que tienen características neuroprotectoras, de tal manera que aprovechamos esta propia capacidad de las células pero también las mejoramos genéticamente para que sobreexpresan una sustancia que también es neuroprotectora», explica David Díaz, profesor titular de Biología Celular de la Universidad de Salamanca y codirector del estudio junto con Eduardo Berruaga.

En definitiva, lo que planteaban era «atacar un modelo de degeneración con dos herramientas, las propias propiedades de las células y la sustancia que queremos que secreten a mayores».

Para ello, el estudio se ha llevado a cabo empleando PCD, un modelo de ratón que reproduce una forma hereditaria de ataxia cerebelosa, un trastorno neurológico caracterizado por una incapacidad repentina para coordinar los movimientos debido a una lesión en el cerebelo.

Estos modelos pasan por un desarrollo muy similar al de las ataxias humanas debido a la degeneración rápida y agresiva de las células de Purkinje del cerebelo, las cuales resultan fundamentales para poder mantener ese control sobre la coordinación y el equilibrio. Y, adicionalmente, sufren una pérdida progresiva de neuronas en regiones del cerebro, como es el caso del bulbo olfativo.

Así, este modelo de animal resulta muy útil, ya que cuenta con «dos puntos de muerte neuronal». El cerebelo y el bulbo olfativo.

«Todo empezó apuntando hacia el cerebelo, donde se da una degeneración muy rápida de un tipo de neuronas, que curiosamente son las únicas que se fusionan con células derivadas de la médula ósea. Algo que estamos intentando entender ahora como parte de otra línea de investigación», añade.

Partiendo de esta información, plantearon la idea de que si al modelo de degeneración le falta un gen determinado, no lo expresa, se puede hacer un trasplante de médula. «Quitamos una médula que importa la mutación y metemos una médula sana con la esperanza de que las células derivadas de la nueva médula lleguen al cerebelo, se fusionen con estas neuronas que se pierden y le aporten el gen que les falta».

«Esto es el contexto previo de otras líneas de investigación en las que vimos que estas células derivadas de la médula ósea también llegaban al bulbo olfativo, el otro punto de degeneración, y descubrimos que, sin tener ningún tipo de fusión ni nada, por las propias propiedades de estas células madre, se quedaban en el bulbo y ejercían una función protectora y se reducía la muerte de las neuronas de esta zona».

Es así como dieron con la idea de combinar los mecanismos de terapia celular y génica y emplear las células madre de la médula ósea como «un caballo de Troya» al modificarlas para que produzcan la molécula IGF-1. Para ello, extrajeron células hematopoyéticas, encargadas de producir los componentes de la sangre, de la médula ósea y las modificaron genéticamente de manera que presentaran la capacidad de producir grandes cantidades de IGF-1 previo a trasplantar las células a los animales.

Este proceso permitió que se redujera la inflamación, pero además vieron que la muerte de las neuronas se detuvo «prácticamente por completo». Inicialmente, plantearon que este proceso se debía únicamente a esa reducción de la inflamación cerebral. Sin embargo, pudieron ver, tras analizar los resultados de trasplantes sin y con la proteína IGF-1, que en ambos casos se daba un efecto antiinflamatorio similar.

Gracias a esta información llegaron a la conclusión de que la función de IGF-1 iba mucho más allá de lo que habían establecido en un primer momento.

«Cuando empezamos a meter células de la médula ósea con esta modificación extra, conseguimos ya una reducción simple, que no se pierdan las células del bulbo olfativo e incluso en el cerebelo, que es un contexto mucho más agresivo, también conseguimos cierta recuperación muchísimo más sutil», remarca Díaz.

Así han demostrado que las células modificadas genéticamente para producir esta molécula con capacidad neuroprotectora activan mecanismos de reparación del ADN mediante la proteína IGFBP3, que permite proteger a las neuronas frente al deterioro.

Pero, más allá del bulbo, vimos que también había efectos en el cerebelo que fueron «inesperados». Esto se debe a que, aunque la degeneración en esta región es más agresiva, pudieron ver algunas células de Purkinje, fundamentales para la coordinación y el equilibrio, que habrían sobrevivido a esta ataxia cerebelosa.

«Nos sorprendió mucho. Pensamos que no íbamos a encontrar nada, pero, aunque son resultados modestos, hemos podido ver que también se extiende esta neuroprotección en el cerebelo. Eso es lo más llamativo de este trabajo, que estas células madre tienen propiedades beneficiosas más generalistas de lo que parecen, y se podrían aplicar en más ámbitos».

De cara al futuro, quieren ver cómo serían los resultados al modificar las células madre con otro gen distinto que produce otra sustancia neuroprotectora mejor que la que se ha usado en este estudio, según experimentos previos de datos que han realizado en su laboratorio.

Además, quieren saber si esta protección se da únicamente en el sistema nervioso o fuera de él. Los trasplantes de estas células de médula llegan al cerebro, pero su función principal es formar todas las líneas de poblaciones de glóbulos blancos, rojos, etc. Por ello, «se produce un efecto en todo el cuerpo, que a priori no analizamos, ya que nos centramos en el cerebro. La pregunta del millón es: ¿esta protección que tenemos se debe únicamente a las células que llegan al cerebro o también a alguna influencia externa?».

De cara a llegar a ese objetivo, van a «afinar la maquinaria genética de estas células modificadas» para que esta sustancia se exprese solo en el cerebro o en el cuerpo por completo y comparar resultados .

Por otro lado, también se plantean si la estrategia empleada puede funcionar en otros modelos diferentes de enfermedades neurodegenerativas, dado que, en teoría, han visto que las células madre llegan a estas zonas del cerebro y ejercen un efecto neuroprotector, independientemente del modelo de la enfermedad.

«Los buenos resultados podrían repetirse en otras enfermedades gracias al uso de células madre»

Para esta investigación plantearon la combinación de la terapia celular y la terapia genética, ya que «normalmente nos centramos a veces en una única estrategia, y lo que interesa es que haya sinergias entre dos o tres estrategias, puesto que la suma de estas es más que la suma de sus efectos por separado», explica el profesor titular de Biología Celular de la Universidad de Salamanca, David Díaz.

A esta búsqueda de sinergias se suma el uso de las células madre, que llegan a muchos puntos diferentes, modificadas de forma que «no solamente porten sus propias propiedades para curar o proteger, sino que también actúan como caballos de Troya».

Gracias a ambos aspectos, han conseguido unos resultados que pueden «extenderse a otras enfermedades neurodegenerativas debido a la similitud en sus propiedades o la actuación de las células madre».

Y también han validado su uso como «caballo de Troya», como un vehículo para liberar sustancias en diferentes puntos del organismo. «En este caso nos hemos centrado en el sistema nervioso, pero podrían ser otros«.

Así se podrá continuar avanzando en modelos animales de cara a que en el futuro se pueda abrir una posible aplicación clínica empleando los hallazgos de este grupo del IBSAL.

Díaz se muestra satisfecho con el trabajo realizado y emocionado por el futuro de esta línea de investigación. «Los que nos dedicamos a la ciencia sabemos que esto es completamente vocacional y de pasión por la investigación, por la ciencia, por descubrir alguna cosita nueva y aportar un granito de arena para poder ayudar al avance científico y médico a nivel global».

«Los que nos dedicamos a la ciencia sabemos que esto es completamente vocacional y de pasión por la investigación, por la ciencia, por descubrir alguna cosita nueva y aportar un granito de arena para poder ayudar al avance científico y médico a nivel global».

«Para conseguir un resultado llamativo hace falta muchísimo trabajo, muchísimos fracasos, probar, probar, afinar todo. Pero al final es un poquito adictivo. Cuando tienes un éxito, un descubrimiento te anima a ir a por más, a seguir avanzando, a dar otro pasito. Eso es lo que te lleva a seguir buscando cómo se puede avanzar».