El descubrimiento de las neuronas que promueven la recuperación de las personas con parálisis de sus extremidades, ya sea paraplejia o tetraplejia, luego de sufrir una lesión de médula espinal, fue reportado por un equipo de científicos de Suiza, Estados Unidos, Canadá y Austria encabezados por Grégoire Courtine, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana y del centro NeuroRestore en Suiza.
Este equipo de científicos hizo el hallazgo luego de tres décadas de estudios e investigaciones con cultivos celulares, roedores, monos y seres humanos, quienes lograron recuperar la movilidad de sus extremidades tras ser sometidos a un tratamiento innovador, que ellos mismos desarrollaron desde hace alrededor de 10 años.
Esta nueva innovación biomédica se basa en la estimulación eléctrica epidural (EES, por sus siglas en inglés) que, mediante pulsos eléctricos, induce a la médula espinal a promover la reconexión de las neuronas y recuperar la movilidad de las extremidades, pero aunque lo habían probado con éxito tanto con animales como con personas, desconocían con precisión las neuronas involucradas en este complejo mecanismo de recuperación.
Las neuronas que dirigen el movimiento de las piernas se encuentran en la médula espinal lumbar y para caminar el cerebro emite órdenes a través de vías descendentes que van en cascada desde el tronco encefálico para activar millones de estas neuronas. Pero cuando se sufre una lesión grave de la médula espinal (LME) se interrumpe este sistema de comunicación y aunque las neuronas situadas en la zona lumbar no están dañadas por la lesión, simplemente no reciben los comandos supraespinales esenciales, por lo que se vuelven neuronas disfuncionales. Esto es lo que genera la parálisis permanente y, hasta antes de este procedimiento, irreversible.
Los científicos probaron su sistema en un ensayo clínico llamado Movimiento de Estimulación Sobre el Suelo (STIMO, del inglés Stimulation Movement Overground), con nueve personas con parálisis severa o completa causada por lesión de la médula espinal.
Con este procedimiento –reportan los investigadores en un artículo científico publicado esta semana en la revista Nature–, los nueve participantes recibieron el tratamiento de estimulación eléctrica y se sometieron a cinco meses de neurorrehabilitación, lo que les permitió recuperar inmediatamente su capacidad para caminar.
A todos se les implantó, mediante neurocirugía, una placa de electrodos en la médula espinal, que forma parte de la técnica de EES que con pulsos eléctricos estimula las distintas neuronas dorsales torácicas, lumbares y sacras, que son responsables de producir el movimiento de las extremidades.
Tras la fase inicial de configuración, con el apoyo de un arnés robótico, aprendieron nuevamente a mover sus piernas y pies para caminar. Lograron mantenerse de pie, caminar y realizar diversos ejercicios entre cuatro y cinco veces por semana. La capacidad de carga mejoró considerablemente con el tiempo, lo que permitió a los participantes caminar al aire libre con andaderas o bastones.
Observaron la mejoría de manera inmediata, sin embargo, se desconocía el mecanismo neuronal con precisión. La tecnología funcionaba, pero aún hacía falta saber los detalles biológicos del por qué.
La hipótesis de los científicos era que con la neurorrehabilitación y la EES se activan y remodelan las funciones esenciales de las neuronas aún no identificadas de la médula espinal que son necesarias para caminar después de la parálisis. “En primer lugar, comprobamos que la neurorrehabilitación con EES puede restablecer la movilidad en una gran población de individuos con LME y esta recuperación implica la remodelación de la médula espinal lumbar”, detallan los científicos en el artículo.
La médula espinal está conformada por muchos y diversos tipos de células altamente interconectadas que constituyen una red de gran complejidad, por ello, los científicos llevaron a cabo análisis que nunca se habían realizado durante el proceso de rehabilitación de los pacientes, con gran precisión.
Estudiaron la actividad metabólica de la médula espinal de los pacientes con Tomografía por Emisión de Positrones (PET, por sus siglas en inglés) durante su recuperación; así notaron cómo se reactivaron las funciones de los distintos tipos de neuronas. También implementaron un enfoque de aprendizaje automático para obtener datos de la expresión genética de las neuronas, lo que les permitió identificar todos los tipos de neuronas que respondieron al estímulo.
Posteriormente, secuenciaron el ARN de las neuronas individuales y realizaron cortes de las distintas capas de la médula espinal, para generar mapas de alta resolución de la expresión génica durante las distintas etapas de rehabilitación. Esta estrategia les permitió capturar los detalles de los cambios en la expresión genética que se presentaron durante la recuperación por EES.
“Establecimos la primera cartografía molecular 3D de la columna vertebral”, dice Gregoire Courtine. “Nuestro modelo nos permitió observar el proceso de recuperación con granularidad mejorada, a nivel de neurona”.
Prácticamente pudieron visualizar la actividad de la médula espinal de un paciente mientras caminaba durante la neurorrehabilitación.
Después de varios meses de análisis identificaron un tipo específico de neurona excitatoria que desempeña un papel importante en la restauración del movimiento después de la parálisis. “Hemos identificado una subpoblación neuronal organizadora de la recuperación que es necesaria y suficiente para recobrar el movimiento después de una parálisis”, señalan en el artículo.
Gracias a este modelo de alta precisión los científicos encontraron que la estimulación de la médula espinal detonó una reorganización neuronal en la que participaron neuronas que activan un gen llamado Vsx2 que les permite a las células reorganizarse para restaurar la movilidad.
Sin embargo, también se percataron de que la actividad de estas neuronas llamadas SCVsx2::Hoxa10 disminuyó durante la reactivación del movimiento de las extremidades. La estimulación ocurre únicamente durante la recuperación de la función motora, es decir, son esenciales para la restaurar el movimiento después de la lesión espinal, pero no son necesarias para caminar.
Las neuronas SCVsx2::Hoxa10 también fueron analizadas en ratones donde confirmaron que son necesarias y suficientes para restaurar la movilidad de las piernas después de la parálisis, pero no se detectaron en ratones sanos.
Este hallazgo es el primer paso para conocer los principios biológicos a través de los cuales la EES y la neurorrehabilitación pueden restaurar el movimiento de las extremidades de personas con LME que en un futuro permitirán desarrollar tratamientos más efectivos y mejorar la vida de los pacientes, sin embargo, aún no se conoce la totalidad de los mecanismos que ocurren en este proceso, esas serán los próximos objetivos de las investigaciones de este equipo de científicos.
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