Functionalizing artificial nerve guides to promote regeneration and recovery after peripheral nerve injuries

摘要

Las lesiones severas de nervio periférico se caracterizan por la desconexión del soma neuronal con el órgano inervado. Esta desconexión causa una pérdida de control motor, sensitivo y autonómico que conducen a una situación incapacitante para el paciente. Después de una lesión el sistema nervioso periférico tiene la capacidad de regenerar, pero para ello se requiere de un proceso de limpieza en el fragmento distal a la lesión y la promoción de la regeneración a través del extremo proximal. En esta tesis hemos querido centrarnos en el papel de la matriz extracelular en la regeneración de nervio periférico. Para ello, en el primer capítulo nos hemos centrado en el papel de dichas proteínas en la promoción de regeneración selectiva de axones motores y sensoriales y si una matriz basada en colágeno resulta un vehículo adecuado para funcionalizar guías neurales artificiales para la reparación de lesiones nerviosas. Utilizamos un cultivo organotípico de secciones transversales de médula espinal y explantes de ganglio de la raíz dorsal de animales postnatales y contrastamos nuestros resultados con un modelo adulto in vivo. Nuestros resultados muestran que tanto las matrices enriquecidas con fibronectina o laminina incrementan la elongación de neuritas sensoriales mientras que las neuritas motoras solo respondían a las matrices enriquecidas con fibronectina, al compararlas con matrices controles de colágeno sin enriquecer in vitro. Además, en etapas postnatales las matrices enriquecidas con fibronectina promovían la regeneración específica de neuritas tanto motoras como sensoriales proprioceptivas, mientras que laminina actuaba sobre neuritas sensoriales cutáneas. Esta respuesta selectiva de las neuronas hacia proteínas de la matriz extracelular resulta importante para facilitar la organización de los axones regenerados hacia ramas musculares o cutáneas después de la lesión. Sin embargo, esta actividad preferencial mostrada se perdía en edad adulta. En segunda instancia buscamos la mejor alternativa quirúrgica al autoinjerto en la reparación de lesiones severas de nervio periférico. Nos centramos en mejorar la técnica de reparación por tubulización en un modelo crítico de regeneración de 15 mm en el nervio de rata, donde en general, la recuperación funcional, reinervación de órganos diana y el número de fibras mielínicas se ve comprometido con respecto al autoinjerto (todavía considerada como la mejor técnica en la práctica clínica). Los resultados muestran que la dificultad de los axones para regenerar en el interior de las guías neurales artificiales se relaciona con la capacidad limitada de dichos axones de crear un ambiente proregenerativo que les permita cruzar por el interior del lumen tubular. En el primer caso, la reparación con tubos de silicona resultó en un fracaso absoluto. Sin embargo, los tubos basados en quitosano, un material biodegradable y absorbible, mejoró el número de animales regenerados hasta porcentajes cercanos al 50%. A pesar de estos resultados esperanzadores, todavía nos encontrábamos lejos del 100% de éxito obtenido con el autoinjerto. Por ello, en el tercer capítulo, mejoramos el lumen tubular mediante la adición de las matrices enriquecidas con laminina o fibronectina estudiadas en el primer capítulo, tanto como hidrogeles hidratados como estabilizados. En este caso, el porcentaje de animales regenerados aumentó hasta un máximo del 75% en las matrices enriquecidas con fibronectina estabilizada. Con el objetivo final de imitar el ambiente regenerativo que encontramos en un fragmento distal de un nervio lesionado, en el último capítulo mejoramos el lumen tubular mediante la incorporación de células de soporte. Cultivamos células de Schwann y células madre mesenquimales y las integramos en matrices alineadas enriquecidas con fibronectina o laminina. Mediante la implementación de estas últimas matrices junto a la administración del agente inmunosupresor FK506, conseguimos obtener unos resultados similares a la reparación con autoinjerto.