Cerebro

Consideraciones acerca del transplante neuronal.

Autor: Pablo F. Argibay. Instituto de Ciencias Básicas y Medicinal Experimental.
Hospital Italiano de Buenos Aires
Fuente: Revista Ciencia Hoy.
Web: http://www.ciencia-hoy.retina.ar

En su artículo 'Más cerca del trasplante de cerebros', publicado en Ciencia Hoy (75: 65-66, 2003), Diego Golombek utiliza un enfoque que combina la microelectrónica con la neurobiología para analizar la posible recuperación de funciones cerebrales deterioradas. Me ha parecido interesante enfocar esta cuestión desde la perspectiva del trasplante de tejido nervioso. Si bien este no ha entrado todavía en la práctica médica rutinaria, salvo experiencias aisladas, los conocimientos actuales permiten plantear la mayoría de los requisitos que el trasplante de neuronas debería satisfacer.

La posibilidad de reemplazar áreas cerebrales dañadas requiere no solo un profundo conocimiento de la neurobiología sino también tener en cuenta las consideraciones éticas, psicológicas y legales que involucra. Estas cuestiones están adquiriendo particular urgencia habida cuenta de que el tratamiento de reemplazo celular de algunas enfermedades neurodegenerativas ya ha entrado en la etapa de su investigación clínica.

El relativamente modesto fin perseguido en un principio de reemplazar parcialmente el déficit funcional producido por daños localizados en el cerebro como sucede en la enfermedad de Parkinson, se ha visto superado por el nada modesto objetivo de sustituir las extensas regiones cerebrales dañadas como en el caso del mal de Alzheimer, o de 'remodelar' aquellas que resultan afectadas por la interrupción de la irrigación sanguínea que se produce cuando ocurren trombosis o embolias en las arterias cerebrales.

En relación con la terminología empleada, si bien se puede hablar de trasplantes de hígado o de páncreas, el término 'trasplante de cerebro' no es el más apropiado ya que el nivel de complejidad del cerebro hace impensable por ahora tratar de sustituirlo en su totalidad o inclusive de suplantar partes de sus lóbulos o de áreas involucradas en funciones complejas (como, por ejemplo, la visión o el habla). Lo apropiado sería hablar de trasplante de neuronas.
En relación con el entorno de esta terapéutica, como con otras prácticas médicas que están ligadas estrechamente con el concepto integral de lo que suele llamarse 'persona', es menester adoptar una perspectiva reflexiva y una postura que podríamos llamar metamédica.

En el cerebro residen no solo los mecanismos que sustentan lo que -de manera difusa- entendemos como mente, sino concretamente las bases físicas de la conciencia del aprendizaje y de la personalidad. Este tema no es menor si se tiene en cuenta que aún no ha concluido el problema filosófico de la relación mente-cerebro ni se ha sorteado el abismo epistemológico que separa a las neuronas de la cultura. En resumen, las preguntas serían: ¿Qué consecuencias tendría sobre una persona el reemplazo parcial o total de sus neuronas? ¿Sería legalmente imputable en caso de que comenzara a delinquir luego de la intervención? ¿Se alteraría su personalidad? ¿Seguiría aceptando las responsabilidades previamente contraídas? Lo que se intenta señalar es que habida cuenta de la aún poco conocida pero cercana relación entre el cerebro y las funciones mentales superiores es necesario estar preparados para 'remodelar' nuestras concepciones filosóficas más arraigadas en caso de que la deseada 'remodelación' cerebral se haga realidad.

Circuitos y unidades celulares


Figura 1. Fotografía de inmunofluorescencia.
Célula glial obtenida luego de la diferenciación
de células mesenquimales de médula ósea.
La tinción en verde se obtuvo a través de un
anticuerpo monoclonal contra una proteína glial
(GFAP). El núcleo se ha teñido de celeste
a través de una coloración para ADN.
(Fuente: ICBME).

Los intentos de reemplazar el tejido cerebral dañado deberían respetar la arquitectura de las conexiones entre diferentes neuronas imitando, dentro de lo posible, lo que sucede durante el desarrollo normal del cerebro a lo largo de la vida de un individuo desde su etapa prenatal hasta la vida adulta. Este respeto por la red tanto como por la unidad celular hace al trasplante neuronal muy diferente al de otras células en los que solo se busca reemplazar con células sanas las del tejido dañado (por ejemplo, las células pancreáticas en la diabetes).

Figura 1. Fotografía de inmunofluorescencia. Célula glial obtenida luego de la diferenciación de células mesenquimales de médula ósea. La tinción en verde se obtuvo a través de un anticuerpo monoclonal contra una proteína glial (GFAP). El núcleo se ha teñido de celeste a través de una coloración para ADN. (Fuente: ICBME).

Otro asunto que debe resolverse es el concerniente al origen de las neuronas que se utilicen para realizar el trasplante. En el caso de trasplante de tejidos no neuronales las células o el órgano provienen en general de un ser humano que está en estado de muerte cerebral.

Obviamente esta condición hace imposible obtener material para el trasplante de neuronas. Una posible fuente para este tipo de trasplante es el uso de células de tejidos fetales obtenidas a partir de material de abortos espontáneos o inducidos por razones terapéuticas. Es muy probable que en un futuro próximo también puedan obtenerse células fetales mediante la clonación terapéutica. Es necesario señalar que el uso de estos procedimientos implica una serie de cuestiones éticas que no trataremos aquí pero cuya consideración no debe soslayarse y tarde o temprano toda sociedad deberá discutir. Otra alternativa para el trasplante de neuronas son las células troncales (stem cells) fetales presentes en cerebros en desarrollo en las cuales la capacidad de dividirse y dar nuevas neuronas está latente (se llaman células troncales a aquellas a partir de las cuales se derivan otras poblaciones celulares en un tejido dado. Con relación a las células troncales véase el artículo 'Descubriendo las células progenitoras', Ciencia

Hoy 73: 32-36, 2003 y http://www.ciencia-hoy.retina.ar/ln/hoy73/celulas.htm; sobre las implicancias éticas del uso de embriones un buen comentario es el del comité interacademias que puede leerse en http://www.interacademies.net/ iap/iaphone.nsf/weblinks/wwww-5RJGKS/$file/ Cloning_Stat_SP.pdf?OpenElement). El éxito del trasplante de neuronas embrionarias se ha estudiado aplicando la técnica de tomografía por emisión de positrones, procedimiento que permite medir la función cerebral a partir de la emisión de radiaciones por parte de una sustancia que reemplaza a otra que normalmente es captada por un tejido. Es así como se comprobó que las neuronas embrionarias productoras del neurotransmisor dopamina, trasplantadas a cerebros de pacientes con enfermedad de Parkinson conservan su actividad metabólica y producen una mejoría de las manifestaciones de la enfermedad. La mejoría sin embargo en la mayoría de los casos es solo parcial, hecho que se atribuye a la falta de calidad y cantidad del tejido trasplantado, a la variabilidad entre los pacientes y a fenómenos inmunológicos.

Otra posible fuente de neuronas son las células troncales del adulto obtenidas de tejido neuronal como la médula ósea. Si bien es fácil acceder a ellas en cantidad suficiente y estas células poseen la capacidad potencial de diferenciarse de acuerdo con el microambiente en el cual se colocan, poco se sabe acerca de su competencia para establecer las conexiones adecuadas que caracterizan al tejido nervioso. En cambio, las células troncales de origen embrionario aparentemente tienen la capacidad de establecer una arquitectura neuronal eficiente.

También se debe considerar el posible empleo de tejidos no humanos (xenotrasplantes). Este enfoque ha quedado algo opacado por la alarma internacional acerca de la presencia de agentes infecciosos llamados retrovirus endógenos porcinos (PERV) en el material a trasplantar. Sin embargo, no hay aún indicios de que pacientes en contacto con tejidos porcinos hayan contraído una infección por PERV. Otro aspecto de los xenotrasplantes reside en los escasos conocimientos disponibles acerca de los efectos de este tipo de trasplante sobre la función cerebral dada la complejidad de algunas áreas de la corteza cerebral humana. Es de destacar que aún no se sabe si las diferencias físicas entre el cerebro humano y el de otros animales son solo cuantitativas o si el cerebro humano ha adquirido evolutivamente características únicas tanto en sus neuronas como en las conexiones que las vinculan y sus propiedades emergentes.

De las células troncales a las neuronas: el armado de circuitos in vitro

Las células troncales neuronales son capaces de autorrenovarse durante prolongados períodos reteniendo su capacidad de generar células progenitoras capaces de producir neuronas y células de la neuroglia que constituyen el tejido de sostén del sistema nervioso (término que proviene del griego neuron, nervio y glia, pegamento). Por lo tanto, la comprensión de las características que guían el desarrollo y diferenciación de las células troncales tanto in vivo como in vitro es un paso previo indispensable para considerar seriamente la reparación del tejido cerebral dañado a través de estas células.

Figura 2. Fotografía de inmunofluorescencia. Célula neuronal obtenida en cultivo a través de la diferenciación de células mesenquimales de médula ósea. La tinción en verde más nítida en el núcleo celular se obtuvo a través de un anticuerpo monoclonal contra una proteína neuronal nuclear (NeuN). (Fuente: ICBME).

En el desarrollo embrionario, la capa más superficial de un embrión llamada ectodermo, que da origen al sistema nervioso, la piel y sus anexos forma primero la placa neural, la cual se transforma rápidamente en el tubo neural. En sus estadios primitivos este último se compone predominantemente de células troncales en rápida división, a partir de las cuales se forman las neuronas y las células de la neuroglia. Reproducir este proceso en cultivos de células troncales contribuiría a entender el desarrollo neuronal y tal vez algunos de los mecanismos de reparación fisiológica de las lesiones cerebrales. Se trata de analizar la posibilidad de ensamblar los componentes de un circuito neuronal antes de su implante a la manera de un chip biológico.
In vitro, las células progenitoras mantienen su potencialidad para diferenciarse en cualquier tipo celular cuando son cultivadas en presencia de ciertos factores de crecimiento. Tanto la exclusión de algunos de estos factores como variaciones de las propiedades físicas del medio de cultivo da origen a los denominados cuerpos embrioides. El agregado de sustancias tales como el ácido retinoico seguido de un segundo cultivo genera células con aspecto, funciones químicas y actividad eléctrica similares a las neuronas. Estas células poseen también los componentes propios de las neuronas tales como moléculas de adhesión neuronal, neurofilamentos, tubulina, proteínas asociadas a microtúbulos y sinaptofisina lo que parece indicar que se trata de neuronas diferenciadas y activas funcionalmente.

Biología de las conexiones neuronales



Insistimos en que el trasplante de neuronas solo será eficaz si logra el restablecimiento de los circuitos neurales que constituyen la base de la función cerebral. Esto requiere el estudio de los fenómenos vinculados al reconocimiento y la adhesión entre células, los que estarían directamente relacionados con los procesos de crecimiento de las prolongaciones del cuerpo neuronal (axón y dendritas) y también con las conexiones entre neuronas, la migración de estas y el recubrimiento de sus axones con mielina.

Un modelo interesante de estudio del desarrollo del sistema nervioso central es la corteza del cerebelo que posee una organización regular y relativamente más simple que la del cerebro. En este órgano, luego de la fase inicial de proliferación, los cuerpos de las neuronas inmaduras proceden a migrar hasta alcanzar su localización definitiva en el cerebelo maduro. La migración tiene lugar sobre 'soportes' denominados matrices o sobre las fibras de las células de la neuroglia denominadas astrocitos que se formaron previamente.

Desde la década del 60 se han identificado sustancias denominadas cognitinas que participan en las funciones de reconocimiento y adhesión en el sistema nervioso. Posteriormente se ha demostrado que diversos azúcares y sus receptores (llamados lectinas) intervienen en el tráfico intracelular, en la adhesión, el reconocimiento y la modulación de la proliferación celular en el sistema nervioso. De particular interés son las galectinas, constituyentes de una familia estructuralmente relacionada de lectinas a las que se une el azúcar lactosa. En el curso del desarrollo del cerebelo se han detectado galectinas en la superficie de las fibras paralelas (típicas del cerebelo) y se las ha relacionado con el crecimiento axonal. Esto ha dado lugar a la propuesta de que las galectinas constituirían los 'sensores' que un axón en crecimiento utiliza para guiarse por una matriz preformada de receptores de galectinas.

La localización de las diversas lectinas y de las sustancias que se unen a ellas en diferentes etapas del desarrollo del sistema nervioso y el estudio de animales en los que se ha provocado la deficiencia de determinadas lectinas avalan su papel en el desarrollo de los componentes del sistema nervioso central, en la regeneración de algunas neuronas y en funciones de reconocimiento y adhesión de los axones.

Manteniendo la idea de que el trasplante neuronal debe no solo reemplazar el tejido cerebral dañado sino también lograr la recuperación de circuitos neuronales, las consideraciones anteriores no deberían ser dejadas de lado a la hora de planificar una terapéutica racional. El conocimiento parcial que tenemos de muchos de estos fenómenos indica que queda aún un largo camino por recorrer hasta lograr el reemplazo de circuitos neuronales dañados. Aun logrado esto mediante la investigación animal falta todavía el enorme salto necesario para lograr su aplicación clínica en el ser humano en el que la riqueza y complejidad de los procesos cerebrales supera en mucho a los procesos de aprendizaje, recuperación motora y sensorial o conducta de los modelos animales. Esto requerirá meticulosas regulaciones tanto en el adecuado diseño de las investigaciones como en el establecimiento de normas éticas y legales.

Pablo F Argibay
Doctor en Medicina, UBA. Profesor Titular de Medicina Molecular, Instituto Universitario - Escuela de Medicina, Hospital Italiano de Buenos Aires. Docente autorizado, FMed., UBA. Director del Instituto de Ciencias Básicas y Medicina Experimental del Hospital Italiano de Buenos Aires. Investigador asociado, Oxford Glycobiology Institute, Department of Biochemistry, Oxford University, Oxford, Inglaterra. pablo.argibay@hospitalitaliano.org.ar

Lecturas sugeridas
ARLOTTA P, MAGAVI SS, MACKLIS JD, 2003, 'Molecular manipulation of neural precursors in situ: induction of adult cortical neurogenesis', Exp Gerontol, Jan-Feb; 38(1-2):173-82.
BARKER RA, KENDALL AL, Widner H, 2000, 'Neural tissue xenotransplantation: what is needed prior to clinical trials in Parkinson's disease? Neural Tissue Xenografting Project', Cell Transplant, Mar-Apr; 9(2):235-46
GERLACH M, BRAAK H, HARTMANN A, Jost WH, Odin P, Priller J, Schwarz J, 2002, 'Current state of stem cell research for the treatment of Parkinson's disease', J Neurol., Oct; 249 Suppl 3:III/33-5
GURGO RD, BEDI KS, NURCOMBE V, 2002, 'Current concepts in central nervous system regeneration', J Clin Neurosci, Nov; 9(6):613-7
TRIARHOU LC, 2002, 'Structural correlates of process outgrowth and circuit reconstruction', Adv Exp Med Biol.; 517:63-88.