Los científicos de Northwestern Medicine han desarrollado un "andamio" molecular capaz de mejorar la actividad eléctrica y el crecimiento de las neuronas, lo que puede resultar útil en el tratamiento de lesiones de la médula espinal, según resultados recientes publicados en ACS Nano. .

Según el Centro Nacional de Estadísticas de Lesiones de la Médula Espinal, cada año se diagnostican 17.730 nuevas lesiones de la médula espinal y se estima que 291.000 personas viven con lesiones de la médula espinal en los EE. UU.

Las lesiones del sistema nervioso central, incluidas las lesiones de la médula espinal, a menudo resultan en una disfunción del sistema nervioso a largo plazo, ya que esas neuronas tienen una capacidad limitada para regenerarse. El estudio actual investigó nuevos enfoques para mejorar ese proceso de rebrote, según Samuel Stupp, Ph.D., profesor del Patronato de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica, autor principal del estudio. /P>

"Básicamente, por el momento no se dispone de terapias eficaces para la regeneración del sistema nervioso central", afirmó Stupp, que también es director fundador del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología (SQI) y su centro de investigación afiliado, el Centro de Nanomedicina Regenerativa. "Existen algunas ideas sobre el uso de células madre y fármacos de molécula pequeña, pero nuestro enfoque es muy diferente.

"Hemos desarrollado fibras a nanoescala, formadas por decenas de miles de moléculas, con la capacidad de enviar señales a neuronas y otras células, y construidas a partir de bloques de construcción naturales que son completamente seguros de usar. Por diseño, las nanofibras solubles en agua se gelifican instantáneamente en una estructura similar a un andamio tras la inyección en un sitio de tejido donde se necesita regeneración. Después de unas semanas, el salto del andamio inicia los procesos regenerativos y luego se desintegra en nutrientes para las células".

Investigaciones anteriores han demostrado que se pueden introducir ciertas proteínas en el sitio de una lesión de la médula espinal para promover la curación, pero la corta vida media de las proteínas les impide proporcionar resultados duraderos.

En el estudio, los investigadores intentaron desarrollar un nuevo tipo de nanofibra que imitara la bioactividad de la proteína netrina-1 y pudiera enviar señales a las neuronas de forma sostenible durante largos períodos de tiempo. Se sabe que Netrin-1 promueve el crecimiento y las nuevas conexiones neuronales y podría ser fundamental para guiar los axones (las largas extensiones de neuronas que transmiten señales eléctricas) hacia sus objetivos para permitir la capacidad de caminar después de una lesión de la médula espinal.

Primero, los investigadores del estudio diseñaron un péptido anfífilo, el tipo de molécula utilizada en el laboratorio de Stupp para crear nanofibras bioactivas, que tenía un péptido circular mimético de netrina-1 unido para interactuar con un receptor celular específico. Según el estudio, el péptido mimético netrina-1 es extremadamente pequeño en comparación con la proteína y contiene una secuencia de aminoácidos clave que activa los receptores celulares específicos para la bioactividad deseada.

Cuando los investigadores expusieron las nanofibras a neuronas corticales de ratón in vitro, observaron una mayor actividad eléctrica y un mayor crecimiento de neuritas, indicadores clave de la regeneración nerviosa. Según el estudio, el análisis de proteínas confirmó que las nanofibras activaron los receptores neuronales de netrina-1 e imitaron con éxito la proteína durante períodos de tiempo más largos.

"Vimos que la nanofibra anfífila del péptido mimético netrina-1 podía ser tan bioactiva como la proteína netrina-1", dijo Cara Smith, Ph.D. en ingeniería biomédica. candidato en el laboratorio Stupp y primer autor del artículo. "No sólo fue capaz de mejorar el crecimiento de neuritas, sino que también pudo afectar la maduración neuronal y guiar el desarrollo de nuevas sinapsis o puntos de comunicación entre neuronas".

El laboratorio de Stupp ya ha completado un estudio preliminar que evalúa las capacidades curativas de la nanoestructura en animales vivos, con algunos resultados iniciales prometedores, afirmó Stupp.

"Esta nanofibra ofrece una visión de terapias muy potentes para la regeneración del sistema nervioso central que son completamente seguras de usar, bioactivas y muy efectivas", dijo Stupp. "También pueden biodegradarse de forma segura una vez que han hecho su trabajo. Ese tipo de plataforma no existe en este momento".

Más información: Cara S. Smith et al, Crecimiento neuronal y actividad eléctrica mejorados mediante una nanofibra mimética de netrina-1 supramolecular, ACS Nano (2023). DOI:10.1021/acsnano.3c04572. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.3c04572

Información de la revista: ACS Nano

Proporcionado por la Universidad Northwestern