Las células gliales desempeñan diversas funciones de apoyo y mantenimiento, y un tipo en particular -la célula glial astrocítica- tiene la capacidad única de formar tejido cicatricial alrededor de las neuronas dañadas. La presencia de tejido cicatrizal se asocia con efectos inhibitorios sobre el crecimiento de las neuronas maduras dañadas por la lesión de la médula espinal. Sin embargo, pruebas recientes sugieren que estos efectos inhibidores son reversibles y, en un nuevo trabajo, científicos de la Escuela de Medicina Lewis Katz de la Universidad de Temple (LKSOM) y de la Universidad de Pensilvania demuestran que las células gliales astrocíticas pueden, de hecho, desempeñar un papel importante para facilitar la reparación de las neuronas.
«Descubrimos que la glía tiene un interruptor metabólico asociado al metabolismo de la glucosa que, cuando se activa, invierte los efectos inhibidores del crecimiento y promueve la regeneración de los axones», explicó el doctor Shuxin Li, profesor de Anatomía y Biología Celular del Centro de Investigación Pediátrica del Hospital Shriners en LKSOM, e investigador principal del nuevo estudio.
La investigación, publicada el 16 de septiembre en la revista Cell Metabolism, es la primera que establece 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 la investigadora principal, la doctora Yuanquan Song, profesora adjunta de Patología y Medicina de Laboratorio de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania, la doctora Li y sus colegas se propusieron investigar cómo la formación de tejido cicatricial inducida por las células gliales afecta a la regeneración de los axones, utilizando modelos de lesión de axones tanto en moscas como en ratones. En los experimentos iniciales, confirmaron lo que habían indicado estudios anteriores, que los efectos negativos de la actividad de las células gliales sobre la regeneración de los axones son efectivamente reversibles. Pero los investigadores también descubrieron que el cambio entre los efectos positivos y negativos sobre la regeneración de los axones está directamente relacionado con el estado metabólico de las células gliales.
En los 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 el aumento de esta vía por sí solo en las células gliales era suficiente para promover la regeneración de los axones. Este mismo resultado se observó en ratones. Otras investigaciones en modelos de moscas y ratones condujeron 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 inhibitoria a una respuesta estimulante.
«En el modelo de la mosca, observamos la regeneración de los axones y mejoras espectaculares en la recuperación funcional cuando aplicamos lactato al tejido neuronal dañado», dijo el Dr. Li. «También descubrimos que en los ratones lesionados, el tratamiento con lactato mejoraba significativamente la capacidad locomotora, restaurando parte de la capacidad de caminar, en relación con los animales no tratados».
El Dr. Li y sus colegas examinaron la vía específica por la que el lactato y el hidroxiglutarato actúan para mejorar la regeneración de los axones. Los experimentos revelaron que cuando las células gliales se activan, liberan metabolitos de glucosa, que posteriormente se adhieren a moléculas conocidas como receptores GABAB en la superficie de las neuronas y, por lo tanto, activan vías en las neuronas que estimulan el crecimiento de los axones.
«Nuestros hallazgos indican que la activación de los receptores 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 está impulsado por un cambio metabólico a la glucólisis aeróbica, que conduce específicamente a la producción de lactato y otros metabolitos de la glucosa.»
Los investigadores planean a continuación probar las capacidades regenerativas del lactato y las moléculas relacionadas en animales más grandes y determinar qué moléculas son más eficaces para promover la regeneración. «Las siguientes fases de nuestro trabajo podrían sentar las bases para futuros estudios traslacionales en pacientes humanos afectados por lesiones de la médula espinal», añadió el Dr. Li.
Otros investigadores que han contribuido al trabajo son Feng Li y Jingyun Qiu, del 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, Shriners Hospitals Pediatric Research Center (Center for Neurorehabilitation and Neural Repair) y el Department of Anatomy and Cell Biology, LKSOM; Kelly Veerasammy, Yuki X. Chen, Jorge Morales y Ye He, del City College de Nueva York; y Paula Haynes y Amita Sehgal, del HHMI, del Instituto de Cronobiología y Sueño, de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania.