Las redes dinámicas que se especializan en la transmisión de información generalmente constan de múltiples componentes, que incluyen no solo procesadores primarios, como computadoras, por ejemplo, sino también numerosas aplicaciones y servicios de soporte. El sistema nervioso humano es fundamentalmente muy similar: neuronas, comocomputadoras, procesan y transmiten información, enviando señales moleculares a través de axones a otras neuronas, todas las cuales están respaldadas por componentes no neuronales, incluida una matriz de células conocida como glía.
Las células gliales llevan a cabo una variedad de funciones de apoyo y mantenimiento, y un tipo en particular, las células gliales astrocíticas, tiene la capacidad única de formar tejido cicatricial alrededor de las neuronas dañadas. La presencia de tejido cicatricial se asocia con efectos inhibidores sobreel recrecimiento de neuronas maduras dañadas por una lesión de la médula espinal. Sin embargo, la evidencia reciente sugiere que estos efectos inhibidores son reversibles, y en un nuevo trabajo, científicos de la Facultad de Medicina Lewis Katz de la Universidad de Temple LKSOM y la Universidad de Pensilvaniamuestran que las células gliales astrocíticas pueden, de hecho, desempeñar un papel importante para facilitar la reparación neuronal.
"Encontramos que la glía tiene un interruptor metabólico asociado con el metabolismo de la glucosa que, cuando se activa, revierte los efectos inhibidores sobre el crecimiento y promueve la regeneración de axones", explicó Shuxin Li, MD, PhD, Profesor de Anatomía y Biología Celular en el Centro de Investigación Pediátrica del Hospital Shriners enLKSOM, y un investigador principal del nuevo estudio.
La investigación, publicada el 16 de septiembre en la revista metabolismo celular , es el primero en establecer un vínculo entre el metabolismo de la glucosa en las células gliales y la regeneración funcional de las neuronas dañadas en el sistema nervioso central.
En colaboración con el investigador principal Yuanquan Song, PhD, profesor asistente de patología y medicina de laboratorio en la Facultad de medicina Perelman de la Universidad de Pennsylvania, el Dr. Li y sus colegas se propusieron investigar cómo la formación de tejido cicatricial inducida por las células gliales afecta la regeneración de axones,utilizando modelos de daño axónico de moscas y ratones. En experimentos iniciales, confirmaron lo que habían indicado estudios anteriores, que los efectos negativos de la actividad de las células gliales en la regeneración de axones son de hecho reversibles. Pero los investigadores también encontraron que el cambio entre efectos positivos y negativossobre el recrecimiento del axón está directamente relacionado con el estado metabólico de las células gliales.
En experimentos de seguimiento en moscas, los investigadores se centraron específicamente en la glucólisis, la vía metabólica responsable de la descomposición de la glucosa, y descubrieron que la regulación ascendente de esta vía sola en las células gliales era suficiente para promover la regeneración de axones. Este mismo resultado fueobservado en ratones. Investigaciones adicionales en modelos de moscas y ratones llevaron a la identificación de dos metabolitos de la glucosa, el lactato y el hidroxiglutarato, que actúan como mediadores clave del cambio glial de una reacción inhibidora a una respuesta estimulante.
"En el modelo de mosca, observamos la regeneración de axones y mejoras dramáticas en la recuperación funcional cuando aplicamos lactato al tejido neuronal dañado", dijo el Dr. Li. "También encontramos que en ratones lesionados, el tratamiento con lactato mejoró significativamente la capacidad locomotora,restableciendo cierta capacidad para caminar, en relación con los animales no tratados ".
El Dr. Li y sus colegas examinaron la vía específica por la cual el lactato y el hidroxiglutarato actúan para mejorar la regeneración de axones. Los experimentos revelaron que cuando las células gliales se activan, liberan metabolitos de glucosa, que posteriormente se unen a moléculas conocidas como receptores GABAB en la superficie neuronal yde ese modo activan vías en las neuronas que estimulan el crecimiento de los axones.
"Nuestros hallazgos indican que la activación del receptor GABAB inducida por el lactato puede tener un papel crítico en la recuperación neuronal después de una lesión de la médula espinal", dijo el Dr. Li. "Además, este proceso es impulsado por un cambio metabólico a la glucólisis aeróbica, que conduce específicamentea la producción de lactato y otros metabolitos de la glucosa. "
Los investigadores planean a continuación probar las capacidades regenerativas del lactato y moléculas relacionadas en animales más grandes y determinar qué moléculas son más efectivas para promover la regeneración ". Las próximas fases de nuestro trabajo podrían sentar las bases para futuros estudios traslacionales en pacientes humanos afectadospor lesión de la médula espinal ", agregó el Dr. Li.
Otros investigadores que contribuyen al trabajo incluyen a Feng Li y Jingyun Qiu, Raymond G. Perelman Center for Cellular and Molecular Therapeutics, The Children's Hospital of Philadelphia; Armin Sami, Harun N. Noristani, Kieran Slattery, Thomas Groves y Shuo Wang,Centro de Investigación Pediátrica de los Hospitales Shriners Centro de Neurorrehabilitación y Reparación Neural y el Departamento de Anatomía y Biología Celular, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales y Ye He, The City College of New York; y Paula Haynes yAmita Sehgal, HHMI, Instituto de Cronobiología y Sueño, Facultad de Medicina Perelman, Universidad de Pensilvania.
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Materiales proporcionado por Sistema de salud de la Universidad de Temple . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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