REPARACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO
CENTRAL LESIONADO MEDIANTE EL
TRASPLANTE DE CÉLULAS GLÍA
ENVOLVENTE OLFATORIA
Almudena Ramón Cueto
Directora de la Unidad de Regeneración Neural y Co-Directora del Laboratorio de
Regeneración en el Sistema Nervioso de Primates,
Instituto de Biomedicina de Valencia (CSIC).
INTRODUCCIÓN
El sistema nervioso de mamíferos adultos tiene una capacidad regene-
rativa limitada en respuesta a las lesiones, y las neuronas dañadas respon-
den de forma diferente dependiendo de su localization. Hay regiones del
sistema nervioso donde, en condiciones normales, existe neurogénesis,
axonogénesis y dendritogénesis a lo largo de toda la vida del individuo.
Es el caso, por ejemplo, del epitelio olfatorio, donde se produce una
génesis de neuronas olfatorias a partir de precursores presentes en las capas
básales del epitelio, que además son capaces de crecer su axón para re-
conectarse, en el bulbo olfatorio, con las neuronas de segundo orden de
la vía olfatoria. Otro ejemplo es la zona subependimal de los ventrículos
laterales, donde hay células madre que generan neuronas granulares que
migran a las capas internas del bulbo olfatorio, o la zona subgranular de
la circunvolución dentada del hipocampo, donde células precursoras gene-
ran interneuronas. Tras una agresión al sistema nervioso, bien sea traumá-
tica, isquémica, tumoral, etc., o tras una enfermedad degenerativa, se pro-
duce un daño en las neuronas que puede ser reversible o irreversible,
dependiendo de si va acompañado de muerte celular. En este último caso,
para reparar el sistema nervioso dañado sería necesario reemplazar las
neuronas desaparecidas por otras, y que éstas restablecieran los circuitos
dañados. Si la agresión al sistema nervioso no provocara la muerte de las
neuronas pero sí la degeneración de sus cilindroejes o axones, el daño
podría ser reversible si se consiguiera que las neuronas lesionadas rege-
nerasen su axón y se restablecieran las vías nerviosas interrumpidas. Las
neuronas lesionadas responden de distinta forma dependiendo de si tienen
que regenerar su axón en el sistema nervioso periférico (SNP) o en el
central (SNC). Esta diferente capacidad regenerativa de los SNP y SNC
312 ALMUDENA RAMÓN CUETO
de mamíferos adultos fue descrita por primera vez, hace aproximadamente
un siglo, por don Santiago Ramón y Cajal. Los axones dañados en el SNP
son capaces de regenerar espontáneamente y, en el mejor de los casos
(cuando los muñones proximal y distal del nervio están cercanos), reco-
nectarse con las estructuras diana. Esto se debe al entorno permisivo que
crean las células de Schwann alrededor de los axones en crecimiento. En
comparación, los axones que sufren una agresión dentro del SNC son
incapaces de crecer, quedando interrumpida permanentemente la vía ner-
viosa lesionada. Esto se debe a que las células de glía que rodean a los
axones lesionados crean un entorno no permisivo para su regeneración. En
el lugar de la lesión se forma una cicatriz glial, constituida por microglía
y astroglía, que es fuente de moléculas inhibidoras que crean una «barrera
química» que impide el crecimiento de las fibras nerviosas dañadas.
Recientemente se han identificado algunas de las moléculas que producen
los astrocitos y la microglía en estas cicatrices. Aunque la astroglía reac-
tiva expresa moléculas favorecedoras de la regeneración neural (factores
tróficos, moléculas de adhesión, etc.), también produce inhibidores de la
misma (proteoglicanos, tenascinas, efrinas, semaforinas, etc.). Del mismo
modo, la microglía reactiva ejerce un efecto doble sobre las neuronas
dañadas ya que segrega moléculas que comprometen su supervivencia (ra-
dicales libres, enzimas, etc.), y además libera citoquinas que actúan de
forma paracrina sobre la astrogía favoreciendo su activación y producción
de factores tróficos. La oligodendroglía se comporta también como un tipo
celular que dificulta la regeneración axónica en el sistema nervioso, ya
que la mielina que estas células generan contiene dos potentes inhibidores:
Nogo y MAG. El efecto final ocasionado por el conjunto de todas las
moléculas que se producen en la zona de la lesión y fuera de ella es la
inhibición del proceso regenerativo. Esto conduce a una pérdida perma-
nente e irreversible de las funciones mediadas por las neuronas dañadas.
La prevalencia de las lesiones del sistema nervioso y las consecuencias
devastadoras para los pacientes que las sufren han instado la búsqueda de
una estrategia experimental que permita a los axones lesionados crecer
dentro del SNC. De esta forma, los resultados obtenidos en animales de
laboratorio podrían ayudar a encontrar una terapia en personas. En general,
para que una estrategia reparadora del sistema nervioso sea eficaz debe de
ser capaz de: 1) garantizar la supervivencia de las células (neuronas y glía); estimular la entrada de las neuronas dañadas en «estado regenerativo»;
-
promover el crecimiento de los axones a través de entornos inhibidores; permitir que los axones puedan elongarse y ser guiados hacia dianas
específicas; 5) favorecer el restablecimiento de conexiones sinápticas con las dianas; y 6) en los casos que sea necesario, permitir la remielinización
de los axones. Aunque por el momento, las estrategias experimentales uti-
lizadas no cumplen todos estos requisitos, todas ellas obedecen a una misma
idea básica: favorecer la supervivencia de las neuronas lesionadas y propor-
cionar a los axones los factores y el entorno adecuado para que puedan
crecer. Con este fin, se han colocado en el lugar de la lesión injertos de
REPARACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL... 313
nervio periférico (el pionero fue Ramón y Cajal), de tejido nervioso embrio-
nario, se han admininistrado factores neurotróficos, moléculas de adhesión
y otros promotores, y también moléculas bloqueantes de los inhibidores de
la cicatriz glial y de la mielina, se han implantado matrices y polímeros, se
han transplantado células normales o modificadas genéticamente, etc. Con
la mayoría de estas técnicas se ha conseguido incrementar la supervivencia
de las neuronas lesionadas y que éstas crezcan su axon dentro de los múl-
tiples entornos permisivos implantados. Sin embargo, los axones son inca-
paces de salir fuera del ambiente favorable, no pudiendo regenerar en el
entorno inhibidor del SNC, manteniéndose, por ello, la desconexión con las
estructuras diana.
TRASPLANTES CELULARES COMO ESTRATEGIA REPARADORA
Los trasplantes de células constituyen una estrategia terapéutica prome-
tedora para reparar diversas patologías del sistema nervioso. Muchos son los
tipos celulares que se han empleado hasta la fecha con este fin en diversos
modelos experimentales de lesión. En general y en la mayoría de los estu-
dios, la elección del tipo celular objeto de trasplante ha dependido del tipo
de lesión a tratar y de la capacidad reparadora intrínseca que las células de
elección presentaban. En el caso de las patologías por axotomía, en las que
se produce una interrupción de fibras nerviosas sin muerte neuronal, la
finalidad de trasplantar células es conseguir la regeneración de los axones
lesionados y que éstos restablezcan las conexiones adecuadas con sus dianas
para que se recuperen las funciones perdidas como consecuencia de la agre-
sión. Se suelen emplear células que, de forma espontánea o tras ser mani-
puladas genéticamente, produzcan factores de supervivencia y/o promotores
del crecimiento de axones. En este sentido se han usado células de Schwann
procedentes de nervios periféricos, astrocitos inmaduros procedentes de
cerebros en desarrollo, tanicitos del hipotálamo, células ependimales de los
plexos coroideos, glía envolvente del bulbo olfatorio, células de Schwann y
fibroblastos modificados genéticamente para producir factores, etc. También
se han empleado macrófagos y microglía activada para favorecer la elimi-
nación de restos celulares en la zona de la lesión, y como fuente de citoqui-
nas, ya que se sabe que las células inflamatorias juegan un papel esencial
en la reparación y regeneración del SNP. Sin embargo, a excepción de la
glía envolvente olfatoria (ver siguiente apartado), todas estas células no se
integran bien en el huésped y tienen limitada su capacidad de migrar dentro
del SNC una vez trasplantadas, por lo que sólo pueden ejercer su efecto
reparador localmente en el lugar del implante, dificultándose la regenera-
ción axonal de larga distancia, y por ende, la reparación completa del sis-
tema dañado.
En el caso de las patologías degenerativas, el objeto de los trasplantes
celulares es doble. Por una parte, reemplazar a las células que han degenera-
do por otras que puedan suplir su función, y por otra, promover la supervi-
314 ALMUDENA RAMÓN CUETO
vencía y rescatar aquellas células que aún no han degenerado. En el primero
de los casos, los trasplantes de células madre pluripotenciales, precursores
oligopotenciales o prediferenciados, constituye una estrategia reparadora muy
prometedora. Por ejemplo, se han usado con éxito trasplantes de precursores
de oligodendrocitos para promover la mielinización de axones desnudos en
modelos experimentales de esclerosis múltiple. En modelos experimentales de
la enfermedad de Parkinson se han trasplantado neuroblastos dopaminérgicos,
y otras células productoras de dopamina (células del cuerpo carotídeo, modi-
ficadas genéticamente, etc.) en el estriado de los animales consiguiendo una
mejoría funcional de los mismos. También se están utilizando trasplantes de
células madre pluripotenciales para reparar patologías degenerativas, traumá-
ticas e isquémicas del sistema nervioso. Sin embargo, aunque en este caso,
las células trasplantadas sobreviven en el huésped y conservan una gran plas-
ticidad, la mayoría de las veces, las señales presentes en la zona del implante
conducen la diferenciación de estas células multipotentes hacia fenotipos no
deseados, generalmente gliales. Para evitar este inconveniente, varios grupos
están optando por pre-diferenciar las células, antes de ser trasplantadas, hacia
fenotipos más restringidos (oligopotenciales o específicos). En el caso de la
terapia celular sustitutiva (con neuronas o precursores neuronales) y para que
el sistema vuelva a ser funcional a largo plazo, es necesario, además, que las
células trasplantadas se conecten con las estructuras adecuadas y se reparen
los circuitos dañados. Para ello, estas neuronas deben crecer su axón, regene-
rarlo y restablecer contacto sináptico con sus dianas, por lo que sería conve-
niente combinar esta terapia con alguna otra promotora de la regeneración
axonal. En modelos de enfermedades degenerativas, también se usan trasplan-
tes de células que liberan factores tróficos y promotores de la supervivencia,
entre otras estrategias, para evitar que células que aún no han degenerado
mueran. En este sentido se han utilizado células de Schwann, astrocitos, célu-
las modificadas genéticamente para producir estos factores, etc.
REPARACIÓN DE MÉDULAS ESPINALES LESIONADAS
MEDIANTE TRASPLANTES DE GLÍA ENVOLVENTE OLFATORIA
La glía envolvente olfatoria (OEG) se localiza en el epitelio olfatorio
(SNP) y dentro del SNC, en las dos primeras capas del bulbo olfatorio (capa
de las fibras olfativas y glomerular). En el bulbo, estas células aislan a los
axones olfatorios del entorno inhibidor del SNC, permitiendo que crezcan y
establezcan contacto sináptico con las neuronas de segundo orden de esta
vía. Aunque la OEG comparte algunas propiedades con las células de
Schwann, los astrocitos y la glía radial, no puede clasificarse dentro de
ninguno de los tipos de glía clásicos, ya que tiene propiedades que la hacen
diferir de ellos. Se trata, pues, de un tipo celular único con propiedades
permisivas para el crecimiento de axones dentro del SNC. Por esta razón,
nos interesó su estudio, y hemos probado su eficacia reparadora en otras
regiones del SNC de mamíferos adultos, donde la regeneración espontánea
de axones no es posible. Como la OEG se localiza normalmente en el SNC,
REPARACIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO CENTRAL... 315
debería integrarse bien tras ser trasplantada. En un primer estudio realizado
en ratas, y publicado en la revista Experimental Neurology en 1994, demos-
tramos que la OEG promovía la regeneración de axones de las raices dor-
sales lesionados dentro de la médula espinal. Sin embargo, dado que las
lesiones medulares en pacientes son más complejas y normalmente afectan
a varios tipos de haces o incluso a todos, en los últimos años hemos adop-
tado como modelo la sección medular completa. Cualquier estrategia capaz
de reparar lesiones tan severas será seguramente eficaz en lesiones más
leves. Recientemente hemos observado que la OEG puede reparar funcional
y estructuralmente médulas espinales seccionadas de mamífero adulto, cuan-
do los trasplantes se hacen inmediatamente después de la lesión (fase agu-
da). En un primer trabajo, publicado en la revista Journal of Neuroscience
en 1998, la OEG se utilizó para potenciar la capacidad regeneradora de
implantes de células de Schwann en las médulas espinales lesionadas de
ratas adultas. En estos animales, axones serotoninérgicos descendentes y
propioespinales ascendentes crecieron distancias largas (1,5 cm y 2,5 cm,
respectivamente) en los muñones medulares. En el último trabajo realizado
(publicado en la revista Neuron en el año 2000) se evaluó el potencial
reparador que la OEG tiene per se y sin estrategias adicionales, también en
ratas con sección completa de su médula espinal. Trasplantando OEG se
consiguió que estas ratas parapléjicas recuperasen el movimiento voluntario
de sus patas traseras, la sensibilidad al tacto leve y propioceptiva, y que
axones motores (corticoespinales, serotoninérgicos y noradrenérgicos) rege-
neraran largas distancias (3 cm) en sus médulas espinales. Esta constituye
la mayor recuperación funcional e histológica descrita hasta la fecha en
mamíferos adultos con lesión medular completa. Durante los últimos dos
años, nuestros resultados han sido ya reproducidos por varios grupos cien-
tíficos prestigiosos de distintos paises que trabajan en este campo, los cuales
ya han publicado sus conclusiones en varias revistas científicas (Brain Re-
search 889, 344-457; Brain 125, 14-21; Gene Therapy 9: 135-46; Journal of
Neuroscience 22: 7111-7120). Esto valida de forma indiscutible los tras-
plantes de glía envolvente olfatoria como estrategia reparadora de las lesio-
nes de la médula espinal de mamíferos y convierte esta técnica en una de
las terapias experimentales más prometedoras para el tratamiento de las
lesiones del sistema nervioso.
Otros grupos han utilizado la OEG para reparar lesiones desmielinizan-
tes del SNC en modelos animales de esclerosis múltiple. Aunque los axones
olfatorios sean amielínicos, se ha visto que la OEG es capaz de envolver y
mielinizar, tanto in vitro como in vivo, axones que en condiciones normales
están mielinizados. En los experimentos en los que la OEG fue trasplantada
en los cordones dorsales de la médula spinal se observó que los axones
mielinizados por estas células presentaban un patrón de conducción de los
impulsos eléctricos casi normal.
La utilización de trasplantes de OEG para reparar lesiones de la médula
espinal presenta una serie de ventajas con respecto a la utilización de otras
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estrategias reparadoras. La
OEG sobrevive tras ser
trasplantada y se integra
adecuadamente en el SNC
del huésped. A diferencia
de otras células, se entre-
mezcla bien con las células
propias del SNC y con la
cicatriz glial. atravesándola
y migrando grandes distan-
cias, desde donde fueron
implantadas, adentrándose
en los muñones medulares.
Por lo tanto, la OEG cons-
tituye un «injerto móvil» que parece acompañar a los axones en regenera-
ción en su recorrido dentro del SNC, seguramente proporcionándoles los
factores que necesitan para su elongación. Además, la OEG es más eficaz
que otros tipos celulares (células de Schwann, astrocitos) en su capacidad de
promover el crecimiento de fibras nerviosas tanto in vivo como in vitro.
El que la OEG se pueda obtener de animales adultos y que de un solo
bulbo olfatorio se puedan obtener suficientes células como para trasplantar
la médula espinal de un animal, abre la posibilidad de realizar trasplantes
autólogos para reparar este tipo de lesiones. La realización de «autotrasplan-
tes» tendría la gran ventaja de eliminar el riesgo de rechazo que existe al
realizar trasplantes heterólogos y la dificultad para encontrar un donante
adecuado.
En definitiva, las ventajas de la utilización de OEG como estrategia
reparadora del sistema nervioso se pueden resumir en cinco palabras: dispo-
nibilidad, autotrasplante, integración, migración y eficacia.
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