- Los ajolotes podrían ser clave en el descubrimiento de cómo funciona el cerebro, pues estos anfibios fabrican fácilmente nuevas neuronas a lo largo de su vida.
- Identificar todos los tipos celulares del cerebro del ajolote ayuda a allanar el camino para la investigación innovadora en medicina regenerativa.
- Esto puede ser la clave para mejorar los tratamientos de las lesiones graves y desbloquear el potencial de regeneración en los seres humanos.
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Los ajolotes (Ambystoma mexicanum) son salamandras acuáticas famosas por lograr la regeneración de su médula espinal, el corazón y las extremidades. Estos anfibios también fabrican fácilmente nuevas neuronas a lo largo de su vida.
En 1964, los investigadores observaron que los ajolotes adultos podían regenerar partes de sus cerebros, incluso si se les extirpaba una gran sección. Pero un estudio descubrió que la regeneración del cerebro del ajolote tiene una capacidad limitada para reconstruir la estructura del tejido original.
¿Con qué perfección pueden regenerar su cerebro los ajolotes tras una lesión?
Investigadores del Laboratorio Treutlein de la ETH de Zúrich y del Laboratorio Tanaka del Instituto de Patología Molecular de Viena y yo, nos preguntamos si los ajolotes pueden regenerar incluso las conexiones que unen una región cerebral con otra.
En nuestro estudio, publicado recientemente, creamos un atlas de las células que componen una parte del cerebro del ajolote. Esto arroja luz sobre la forma en que se regenera y la evolución del cerebro en las distintas especies.
Los distintos tipos de células tienen funciones diferentes. Son capaces de especializarse en determinadas funciones porque cada una expresa genes diferentes. Entender qué tipos de células hay en el cerebro y qué hacen ayuda a aclarar la imagen general del funcionamiento de este.
Además, permite a los investigadores hacer comparaciones a lo largo de la evolución y tratar de encontrar tendencias biológicas entre las especies.
Una manera de entender qué células expresan qué genes es utilizar una técnica llamada secuenciación de ARN unicelular (scRNA-seq). Con ella, los investigadores pueden contar el número de genes activos en cada célula de una muestra concreta. Se puede decir que proporciona una «foto instantánea» de las actividades realizaba cada célula cuando se tomó.
Esta herramienta ha sido fundamental para comprender los tipos de células que existen en el cerebro de los animales. Los científicos han utilizado el scRNA-seq en peces, reptiles, ratones e incluso humanos. No obstante, faltaba una pieza importante del rompecabezas de la evolución del cerebro: los anfibios.
Mapeando el cerebro de los ajolotes y su capacidad de regeneración
Nuestro equipo decidió centrarse en el telencéfalo del ajolote. En los humanos, el telencéfalo es la mayor división del cerebro y contiene una región llamada neocórtex. Este desempeña un papel clave en el comportamiento y la cognición de los animales.
A lo largo de la evolución reciente, el neocórtex ha crecido masivamente en tamaño en comparación con otras regiones del cerebro.
Del mismo modo, los tipos de células que componen el telencéfalo en general se han diversificado mucho y han crecido en complejidad a lo largo del tiempo; eso hace que esta región sea un área interesante para estudiar.
Utilizamos scRNA-seq para identificar los diferentes tipos de células que componen el telencéfalo del ajolote. Entre estas diferentes tipos de neuronas y células progenitoras, o células que pueden dividirse en más de sí mismas o convertirse en otros tipos de células.
Identificamos qué genes se activan cuando las células progenitoras se convierten en neuronas, y descubrimos que muchas pasan por un tipo celular intermedio llamado neuroblastos —cuya existencia se desconocía en los ajolotes— antes de convertirse en neuronas maduras.
A continuación, pusimos a prueba la regeneración de los ajolotes extrayendo una sección de su telencéfalo.
Utilizamos un método especializado de scRNA-seq con el que pudimos capturar y secuenciar todas las células nuevas en diferentes etapas de la regeneración, desde una hasta 12 semanas después de la lesión.
Al final, descubrimos que todos los tipos de células que se habían eliminado se habían restaurado por completo.
Observamos que la regeneración del cerebro de los ajolotes se produce en tres fases principales.
- La primera fase comienza con un rápido aumento del número de células progenitoras, y una pequeña fracción de estas células activa un proceso de curación de heridas.
- En la segunda fase, las células progenitoras comienzan a diferenciarse en neuroblastos.
- Finalmente, en la tercera fase, los neuroblastos se diferencian en los mismos tipos de neuronas que se perdieron originalmente.
Sorprendentemente, también observamos que las conexiones neuronales cortadas entre la zona extirpada y otras zonas del cerebro se habían vuelto a conectar. Este recableado indica que la zona regenerada también había recuperado su función original.
Anfibios y cerebros humanos
La incorporación de anfibios, como los ajolotes, al rompecabezas evolutivo permite a los investigadores inferir cómo ha cambiado el cerebro y sus tipos de células a lo largo del tiempo, así como los mecanismos de regeneración.
Al comparar nuestros datos sobre el ajolote con los de otras especies, descubrimos que las células de su telencéfalo muestran una gran similitud con el hipocampo de los mamíferos. Esa región del cerebro está implicada en la formación de la memoria, y con la corteza olfativa, la región del cerebro relacionada con el sentido del olfato.
Incluso encontramos algunas similitudes en un tipo de célula del ajolote con el neocórtex, el área del cerebro conocida por la percepción, el pensamiento y el razonamiento espacial en los humanos. Estas similitudes indican que dichas áreas del cerebro pueden conservarse evolutivamente, permanecer comparables a lo largo de la evolución, y que el neocórtex de los mamíferos puede tener un tipo de célula ancestral en el telencéfalo de los anfibios.
Aunque nuestro estudio arroja luz sobre el proceso de regeneración del cerebro, todavía no sabemos qué señales externas inician este proceso. Incluso si se consideran los genes que intervienen y la forma en que las células acaban convirtiéndose en neuronas. Además, no sabemos si los procesos que identificamos siguen siendo accesibles para animales que evolucionaron más tarde, como los ratones o los humanos.
Pero no estamos resolviendo el rompecabezas de la evolución del cerebro solos. El laboratorio Tosches de la Universidad de Columbia estudió la diversidad de tipos celulares en otra especie de salamandra, Pleurodeles waltl, mientras que el laboratorio Fei de la Academia de Ciencias Médicas de Guangdong (China) y colaboradores de la empresa de ciencias de la vida BGI estudiaron cómo se organizan espacialmente los tipos celulares en el cerebro anterior del ajolote.
La identificación de todos los tipos celulares del cerebro del ajolote también ayuda a allanar el camino para la investigación innovadora en medicina regenerativa. Los cerebros de los ratones y los humanos han perdido en gran medida su capacidad de reparación o regeneración. Las intervenciones médicas para las lesiones cerebrales graves se centran actualmente en terapias con fármacos y células madre para impulsar o promover la reparación.
Examinar los genes y tipos de células que permiten a los ajolotes lograr una regeneración casi perfecta puede ser la clave para mejorar los tratamientos de las lesiones graves y desbloquear el potencial de regeneración en los seres humanos.
Este artículo se publicó originalmente en inglés.
*The Conversation es una fuente independiente y sin fines de lucro de noticias, análisis y comentarios de expertos académicos.
*Ashley Maynard es candidato a doctora en Biología del Desarrollo Cuantitativo por el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zúrich.
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