¿Hay algún animal que pueda regenerar las células cerebrales / nerviosas?

  Respondido el 27 de ene. De 2016

Una advertencia : esta respuesta es larga. También abarca la investigación en curso en neurociencia. Entonces, tenga paciencia y léala preferiblemente en un estado de quietud.

¿Por qué no somos más como peces y ranas?

La cuestión de por qué el sistema nervioso central de los mamíferos no se regenera después de una lesión tiene un interés extraordinario en muchos niveles. En términos de biología descriptiva, es notable cuán grande es la discrepancia entre las células nerviosas que pueden y no pueden reparar sus conexiones después de que sus axones han sido lesionados.

El pez cebra puede regenerar el tejido cardíaco sin depender de las células madre

En un invertebrado como la sanguijuela , en peces y en ranas, el sistema nervioso central muestra una regeneración efectiva y restauración de la función después de la transección completa .

Por lo tanto, una sanguijuela puede nadar nuevamente después de que su sistema nervioso se haya regenerado después de ser cortado en dos, y una rana puede atrapar moscas con su lengua después de que su nervio óptico haya vuelto al tectum ( la porción dorsal del cerebro medio, que contiene el colículo superior y colículo inferior ).

En estos animales “simples” el cableado es mucho más complejo que en cualquier circuito hecho por el hombre, pero de alguna manera, las fibras crecen para encontrar sus objetivos y formar sinapsis efectivas sobre ellos. En esto, se parecen a sus contrapartes en el sistema nervioso periférico de los mamíferos.

¿Qué hace que el sistema nervioso central de los mamíferos sea tan diferente a este respecto?

• A nivel celular y molecular, las diferencias entre las neuronas que no regeneran y regeneran y las células satélite que las rodean son el foco de una intensa investigación. Se está acumulando información detallada sobre moléculas que potencian o inhiben el crecimiento, así como sus receptores. Y a nivel de la medicina clínica, existe la pregunta esencial sobre si se pueden idear tratamientos para los pacientes con lesiones del sistema nervioso central y cuándo se pueden diseñar para que se puedan restaurar las funciones.
• Experimentos recientes en todos estos niveles han proporcionado nuevos hallazgos e ideas inesperadas. Sin embargo, una de las características más llamativas del campo de la regeneración actual es la cantidad de preguntas clave que quedan. Por ejemplo, si bien tenemos pistas, los mecanismos que impiden la regeneración en el SNC de mamíferos aún no se conocen por completo.

¿Por qué la proporción de axones, que en realidad se alarga, es tan pequeña, incluso cuando la aplicación de técnicas adecuadas da lugar al crecimiento exitoso a través de una lesión?

¿Qué cambios en los mecanismos moleculares de crecimiento ocurren en los mamíferos inmaduros durante el desarrollo, que luego impiden la regeneración en el adulto?

• Si bien parece razonable adivinar que la comprensión de los mecanismos de promoción e inhibición del crecimiento continuará avanzando rápidamente, queda una pregunta desconcertante. Surge de nuestra ignorancia sobre el desarrollo normal del sistema nervioso.

La salamandra puede regenerar la extremidad, el corazón, la cola, el cerebro, los tejidos del ojo, el riñón, el cerebro y la médula espinal durante toda la vida.

En la actualidad no se sabe cómo se forman las sinapsis específicas, de modo que un tipo de célula se selecciona como un objetivo, mientras que se ignora a otro sentado justo al lado.

Si se desea ofrecer esperanza a los pacientes con lesiones de la médula espinal, los axones no solo deben crecer ( obviamente, un requisito previo para la reparación ), sino que deben reformar las conexiones útiles con los objetivos apropiados. En el mejor de los mundos posibles, no se cometerían errores. También se puede imaginar un escenario en el que las conexiones incorrectas se forman y posteriormente ajustadas por el uso; las fibras del dolor, uno espera, no volver a formar conexiones en los pacientes.

Todos los neurocientíficos que trabajan en estos problemas deben enfrentar preguntas inevitables y bastante naturales sobre las perspectivas de la terapia.

• Una analogía conveniente me parece que es la reparación de un reloj. Un requisito deseable seguramente sería tener una comprensión de cómo funciona el reloj y qué están haciendo los diversos componentes. Sin ese conocimiento uno todavía puede esperar algún nuevo conocimiento o casualidad que permita realizar la reparación. Sin embargo, sería peligroso prometer qué tan pronto funcionará el reloj hasta que se haya diagnosticado la falla y quede solo una o dos partes para reemplazar. Debido a que no estamos ni remotamente en esta etapa de nuestro conocimiento del sistema nervioso, las predicciones sobre cómo y cuándo parecen poco realistas. (Esta analogía es, por supuesto, defectuosa: el sistema nervioso tiene que hacer el trabajo por sí mismo una vez que uno ha proporcionado las condiciones adecuadas).

En contraste con la plasticidad del cerebro, en la médula espinal, el grado de plasticidad es mucho menor , aunque tal vez actualmente subestimado. Una vez que los tractos largos se cortan o se comprimen hasta el punto de la axotomía , no se recuperarán y generalmente hay una superposición insuficiente en la función de la médula espinal para que los tractos supervivientes se hagan cargo de las funciones faltantes, si es que las hay. La médula espinal es una estructura tan estrecha, normalmente bien protegida por el hueso que forma el canal espinal, que cualquier lesión suficiente para dañarla en parte, puede ser lo suficientemente grave como para dañarla por completo .

En la estrategia general de diseñar procedimientos de reparación espinal que eventualmente podrían aplicarse en pacientes, hay al menos cuatro problemas que deben superarse:

1. Las neuronas del sistema nervioso central muestran una respuesta variable en su capacidad para producir neuritas en respuesta a una lesión, en contraste con el sistema nervioso periférico, que muestra una capacidad constante para hacer esto .
2. Después del daño al SNC, como por ejemplo en una lesión de la médula espinal, las neuritas que aparecen en el sitio de la lesión no pueden atravesarlo , lo que en los pacientes puede implicar una longitud considerable de la médula espinal.
3. Una vez que los métodos para promover el crecimiento de axones en el sitio de la lesión estén disponibles en una forma clínicamente aplicable, los axones pueden tener que crecer distancias considerables para alcanzar objetivos apropiados y pueden requerir indicaciones de orientación específicas para dirigirlos a objetivos funcionalmente apropiados.
4. Habiendo alcanzado los objetivos apropiados, debe producirse una reinervación funcional funcional de los objetivos.

No está del todo claro cuán separables son estos cuatro componentes de una reparación exitosa. Cada vez hay más pruebas de que pueden ser procesos sustancialmente separados y que el logro de uno no conducirá automáticamente al éxito con los demás.

Por lo tanto, el trabajo descrito por Beazley & Dunlop sobre la regeneración en la lagartija muestra claramente que mientras que las fibras axotomizadas pueden volver a crecer a los objetivos apropiados en los sistemas visuales de esta especie, no se produce una inervación funcionalmente efectiva.

Beazley y Dunlop describen diferentes características de una amplia gama de especies, desde los vertebrados de sangre fría hasta los mamíferos. Particularmente con respecto a la efectividad de re-inervación del objetivo, parece haber un espectro de regeneración. Esto va desde anfibios y lampreas ( con particular respecto a las estructuras subcelulares subyacentes que pueden ser responsables del crecimiento regenerativo de axones lesionados ) que pueden regenerar no solo axones nuevos sino también conexiones funcionales con objetivos apropiados, a través de lagartos que muestran un crecimiento axonal excelente, pero Inervación diana inapropiada , a mamíferos en los que normalmente no se produce el crecimiento regenerativo del axón ni la inervación diana apropiada .

La importancia evolutiva de esta pérdida progresiva de capacidad regenerativa ( una habilidad que es aún más marcada en los invertebrados ) a través del reino animal no está clara.

1. Comentario personal ( anotación ): creo que a medida que el organismo se volvió más complejo y su sistema nervioso se envolvió en un esqueleto óseo ( cráneo para el cerebro y vértebras para médula espinal ) el riesgo de lesión se redujo cada vez más y, por lo tanto, lentamente gradualmente, el sistema nervioso perdió su capacidad de regenerarse, ya que la conservación de la energía (recursos) es el interés primordial de cualquier célula. Además, cualquier lesión superficial del sistema nervioso no provoca la muerte inmediata del organismo; además, se observa que la regeneración ocurre en los nervios periféricos que no están rodeados por un esqueleto óseo. Por lo tanto, hubo una pérdida progresiva de capacidad regenerativa especialmente en invertebrados ( tienen un exoesqueleto ) y vertebrados.

El sistema nervioso central de los mamíferos adultos, incluidos los humanos, se recupera muy poco de las lesiones. Una vez cortadas, los tractos principales del axón ( como los de la médula espinal ) nunca se regeneran. Las devastadoras consecuencias de estas lesiones -por ejemplo, la pérdida de movimiento y la incapacidad para controlar las funciones corporales básicas- han llevado a muchos neurocientíficos a buscar formas de restablecer las conexiones de los axones seccionados.

No hay una razón a priori para esta falla biológica,

1. Anotación personal: como, esta respuesta ha sido extraída de un libro, por lo tanto, este es el idioma original utilizado por el autor, aunque he mencionado en la anotación anterior por qué siento que hubo una pérdida progresiva de la capacidad regenerativa.
2. El siguiente aspecto de la respuesta se ocupa de los aspectos moleculares de la lesión del SNC.

ya que los vertebrados “inferiores” , por ejemplo, lampreas , peces y ranas, pueden regenerar una médula espinal o un nervio óptico cortados.

Incluso en los mamíferos, la incapacidad para regenerar los tractos axónicos es un fallo especial del sistema nervioso central; los nervios periféricos pueden y se regeneran en animales adultos, incluidos los humanos.

¿Por qué, entonces, no el sistema nervioso central?

Al menos una parte de la respuesta a este acertijo aparentemente reside en las señales moleculares que promueven e inhiben el crecimiento del axón .

En los nervios periféricos de los mamíferos, los axones están rodeados por una membrana basal ( una capa proteica extracelular compuesta de colágenos , glucoproteínas y proteoglicanos ) secretada en parte por las células de Schwann , las células gliales asociadas con los axones periféricos. Después de que un nervio periférico es aplastado, los axones dentro de él se degeneran; la membrana basal alrededor de cada axón, sin embargo, persiste durante meses .

Uno de los principales componentes de la membrana basal es la laminina , que ( junto con otras moléculas promotoras del crecimiento en la membrana basal ) forma un ambiente hospitalario para la regeneración de conos de crecimiento . Las células de Schwann circundantes también reaccionan liberando factores neurotróficos , que promueven aún más el alargamiento de los axones.

Este entorno periférico es tan favorable para el rebrote que incluso las neuronas del sistema nervioso central pueden inducirse a extenderse a segmentos trasplantados del nervio periférico.

Albert Aguayo y sus colegas del Hospital General de Montreal encontraron que los injertos derivados de nervios periféricos pueden actuar como “puentes” para las neuronas del sistema nervioso central (en este caso, células ganglionares de la retina ), lo que les permite crecer por más de un centímetro (Figura A); incluso forman algunas sinapsis funcionales en sus tejidos diana (Figura B).

Estas varias observaciones sugieren que la falla de las neuronas centrales para regenerarse no se debe a una inhabilidad intrínseca de brotar nuevos axones, sino a algo en el entorno local que impide que los conos de crecimiento se extiendan.

Este impedimento podría ser la ausencia de factores que promuevan el crecimiento, como las neurotrofinas, o la presencia de moléculas que prevengan activamente el crecimiento axónico.

Los estudios de Martin Schwab y sus colegas apuntan a la última posibilidad. Schwab descubrió que la mielina del sistema nervioso central contiene un componente inhibidor que causa el colapso del cono de crecimiento in vitro y previene el crecimiento de axones in vivo . Este componente, reconocido por un anticuerpo monoclonal llamado IN-1, se encuentra en las porciones mielinizadas del sistema nervioso central pero está ausente de los nervios periféricos.

IN-1 también reconoce las moléculas en el nervio óptico y la médula espinal de los mamíferos, pero falta en los mismos sitios en los peces , que sí regeneran estos tractos centrales .

Nogo-A , el antígeno primario reconocido por el anticuerpo IN-1 , es secretado por oligodendrocitos (están presentes en el sistema nervioso central) , pero no por las células de Schwann en el sistema nervioso periférico . Más dramáticamente, el anticuerpo IN-1 aumenta el grado de regeneración de la médula espinal cuando se proporciona en el sitio de la lesión en ratas con daño de la médula espinal. Todo esto implica que el sistema nervioso central humano difiere del de muchos vertebrados “inferiores” en que los humanos y otros mamíferos presentan un entorno molecular desfavorable para el rebrote después de la lesión .

Por qué ocurre este estado de cosas no se conoce. Una especulación es que la extraordinaria cantidad de información almacenada en cerebros de mamíferos pone de relieve un patrón estable de conectividad adulta.

En la actualidad, solo hay un tratamiento modestamente útil para las lesiones del SNC , como la sección transversal de la médula espinal . Las dosis altas de un esteroide, metilprednisolona , inmediatamente después de la lesión previenen parte del daño secundario a las neuronas como resultado del trauma inicial .

Aunque, tal vez nunca sea posible restablecer completamente la función después de tales lesiones, mejorar la regeneración axonal, bloquear las moléculas inhibidoras y proporcionar apoyo trófico adicional a las neuronas supervivientes podría, en principio, permitir una recuperación suficiente del control motor para proporcionar a los individuos afectados una mejor calidad de vida que ellos ahora disfruta. Sin embargo, el mejor “tratamiento” es evitar que ocurran tales lesiones, ya que ahora es muy poco lo que se puede hacer después del hecho.

Amablemente también lea la respuesta de Jeevanshu Dhawan a ¿Por qué las células nerviosas de nuestro cerebro no se pueden dividir?

Referencia:

1. Degeneración y regeneración en el sistema nervioso, editado por Norman Saunders, Katarzyna Dziegielewska; Anatomía y Fisiología, Universidad de Tasmania, Australia © 2000, OPA (Asociación de Editores en el Extranjero)
2. Neurociencia , 3ª edición. Editores: Dale Purves, George J Augustine, David Fitzpatrick, Lawrence C Katz, Anthony-Samuel LaMantia, James O McNamara y S Mark Williams. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2004. ISBN 0-87893-725-0
3. BRAY, GM, MP VILLEGAS-PEREZ, M. VIDALSANZ Y AJ AGUAYO (1987) El uso de injertos de nervios periféricos para mejorar la supervivencia neuronal, promover el crecimiento y permitir reconexiones terminales en el sistema nervioso central de ratas adultas. J. Exp. Biol. 132: 5-19.
4. SCHNELL, L. AND ME SCHWAB (1990). Regeneración axonal en la médula espinal de la rata producida por un anticuerpo contra los inhibidores del crecimiento de la neurita asociados a la mielina. Nature 343: 269-272.
5. SO, KF Y AJ AGUAYO (1985) Recrecimiento prolongado de los axones cortados de las células ganglionares después del trasplante de nervios periféricos en la retina de las ratas adultas. Brain Res. 359: 402-406.
6. VIDAL-SANZ, M., GM BRAY, MP VILLEGASPEREZ, S. THANOS Y AJ AGUAYO (1987) La regeneración axonal y la formación de sinapsis en el colículo superior por las células ganglionares de la retina en la rata adulta. J. Neurosci. 7: 2894-2909.

Sorprendentemente … ¡Sí!
Ciertos animales pueden regenerar partes de su cuerpo debido a esta misma razón.
Recuerdo haber leído acerca de este experimento en el que se quitaron los ojos de una rana, se voltearon y luego se refinaron. En unas pocas semanas, se restableció la visión porque el ojo se reubicó en el cerebro (nervio óptico), excepto que la rana ahora vio todo al revés. Si viera una mosca, saltaría hacia atrás en lugar de hacia adelante. Jaja.

Si cortas una estrella de mar, cada miembro individual se convertirá en una estrella de mar completamente nueva.
Si un lagarto de cristal pierde su cola, ¡voila crece uno nuevo!

Los científicos han demostrado que los anfibios como la salamandra pueden regenerar retinas completas. Durante mucho tiempo, se pensó que esto es exclusivo de los anfibios … Pero investigaciones recientes muestran que incluso las aves pueden regenerar las retinas dañadas.

Entonces, ¿qué sigue? Experimentaron en ratones. Los ratones que son mamíferos están muy cerca de los humanos genéticamente.
Sin embargo, se descubrió que los ratones NO poseen la capacidad de desarrollar nuevas retinas.

La explicación que dan los científicos es que la propiedad regenerativa de ciertas neuronas de células animales se debe a las células GLIAL (otro tipo de células cerebrales) que se activan inmediatamente después del daño a la retina. Esta activación no ocurre en los mamíferos. Las células gliales pueden atravesar la división celular para formar nuevas neuronas.

Además de la excelente respuesta de Colin Gerber sobre las neuronas, también es importante tener en cuenta que los axones y las células de Schwann en ellos están creciendo todo el tiempo, en todas partes del cerebro. En las condiciones adecuadas, un axón puede llegar a ser dos veces más grueso en pocos minutos.

Esto es una suerte, ya que están asociados con un tipo importante de memoria llamada “marcos” por parte de los científicos / lingüistas cognitivos.

También se debe tener en cuenta que el soñar vuelve a encender las neuronas que se dispararon durante las horas de vigilia, lo que aumenta y fortalece los axones. El mecanismo exacto no se entiende a mi leal saber y entender. Quizás las neuronas recuerdan haber disparado dentro de las últimas doce horas y volver a disparar en respuesta a sustancias químicas sistémicas durante el sueño REM.

“El axolotl (mexicano) es el campeón de la regeneración de vertebrados, con la capacidad de reemplazar extremidades enteras e incluso partes de su sistema nervioso central” – El esfuerzo para regenerar médulas espinales dañadas se convierte en un nuevo modelo: salamandra axolotl mexicana (del artículo de 2009)

Sí, Rana Tigrina tiene la capacidad de regenerar su cerebro