Investigadores logran regenerar la pata perdida de una rana

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Las ranas tratadas brevemente con un cóctel de cinco fármacos administrados por un biorreactor portátil en el muñón fueron capaces de regenerar una extremidad funcional y casi completa. Crédito: Celia Herrera-Rincon / Tufts University.

La regeneración de las extremidades es una frontera en la ciencia biomédica. Organismos como la rana africana de uñas (Xenopus laevis) -cuya limitada capacidad de regeneración en la edad adulta es un reflejo de la de los seres humanos- son modelos importantes con los que ensayar intervenciones que puedan restaurar la forma y la función. En una nueva investigación, un equipo de científicos de la Universidad de Tufts demostró el rebrote a largo plazo (18 meses), la marcada remodelación de los tejidos y la restauración funcional de una extremidad posterior amputada de Xenopus laevis tras una exposición de 24 horas a un cóctel de cinco fármacos suministrados por un biorreactor portátil de silicona.

"Muchas criaturas tienen la capacidad de regenerar por completo al menos algunas extremidades, como las salamandras, las estrellas de mar, los cangrejos y los lagartos", explican la Dra. Nirosha Murugan, investigadora del Allen Discovery Center de la Universidad de Tufts, y sus colegas.

"Los gusanos planos pueden incluso cortarse en pedazos, y cada pieza reconstruye un organismo entero".

"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 gusanos planos, de regenerarse hasta alcanzar su tamaño completo tras una pérdida del 50%".

"Pero la pérdida de una extremidad grande y estructuralmente compleja -un brazo o una pierna- no puede ser restaurada por ningún proceso natural de regeneración en humanos o mamíferos."

"De hecho, tendemos a cubrir las lesiones importantes con una masa amorfa de tejido cicatrizal, protegiéndola de nuevas pérdidas de sangre e infecciones e impidiendo un mayor crecimiento".

Los autores desencadenaron el proceso regenerativo en ranas de garras africanas encerrando la herida en un biorreactor portátil ("BioDome") que contenía proteína de seda infundida con cinco compuestos de moléculas pequeñas.

Cada compuesto cumplía una función distinta, como reducir la inflamación, inhibir la producción de colágeno que provocaría la cicatrización y fomentar el crecimiento de nuevas fibras nerviosas, vasos sanguíneos y músculos.

La combinación y el biorreactor proporcionaron un entorno local y señales que inclinaron la balanza desde la tendencia natural a cerrar el muñón hacia el proceso regenerativo.

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, un complemento más rico de tejidos internos (incluidas las neuronas), y varios "dedos" 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 eran capaces de utilizarla para nadar por el agua, moviéndose de forma muy parecida a como lo haría una rana normal.

Los tejidos blandos de los animales MDT eran sistemáticamente más largos que los BD o ND a partir de 8 mpa [F(2,19) = 61,9, P < 0,05]. Crédito: Murugan, et. al., Science Advances 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abj2164

 "Es emocionante ver que los fármacos que seleccionamos ayudaron a crear una extremidad casi completa", dijo el Dr. Murugan.

"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 pueden tener capacidades regenerativas latentes que pueden ponerse en marcha".

Los científicos exploraron los mecanismos por los que la breve intervención podía dar lugar a un crecimiento a largo plazo.

En los primeros días después del tratamiento, detectaron la activación de vías moleculares conocidas que se utilizan normalmente en un embrión en desarrollo para ayudar a que el cuerpo tome forma.

La activación de estas vías podría permitir que la carga del crecimiento y 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.

"Lo siguiente que vamos a probar es cómo podría aplicarse este tratamiento a los mamíferos", dijo el profesor Michael Levin, director del Centro Allen Discovery de la Universidad de Tufts.

"Cubrir la herida abierta con un entorno líquido bajo el BioDomo, con el cóctel de fármacos adecuado, podría proporcionar las primeras señales necesarias para poner en marcha el proceso regenerativo".

"Es una estrategia centrada en desencadenar programas de patronaje anatómico latentes e inherentes, no en microgestionar el crecimiento complejo, ya que los animales adultos aún tienen la información necesaria para fabricar sus estructuras corporales."

Fuentes, créditos y referencias:

Nirosha J. Murugan, Hannah J. Vigran, Kelsie A. Miller, Annie Golding, Quang L. Pham, Megan M. Sperry, Cody Rasmussen-Ivey, Anna W. Kane, David L. Kaplan, Michael Levin. Acute multidrug delivery via a wearable bioreactor facilitates long-term limb regeneration and functional recovery in adult Xenopus laevis. Science Advances, 2022; 8 (4) DOI: 10.1126/sciadv.abj2164

Fuentes: Universidad de Tufts, SciNews