TRASPLANTES CELULARES Y TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO PARA REDUCIR EL DOLOR NEUROPÁTICO CRÓNICO EN LESIONES DE MÉDULA ESPINAL

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1 TRASPLANTES CELULARES Y TRATAMIENTO FARMACOLÓGICO PARA REDUCIR EL DOLOR NEUROPÁTICO CRÓNICO EN LESIONES DE MÉDULA ESPINAL Investigador principal: Dr. Enrique Verdú Navarro Institut de Neurociències Facultat de Medicina. UAB Duración: 3 años 1

2 1. Resumen En Cataluña se producen cada año 140 nuevos casos de lesión medular (LM), principalmente debido a accidentes de tráfico, laborales y deportivos. Estas lesiones afectan a las funciones sensoriales, motoras y autonómicas por debajo del nivel de la lesión, limitando de forma importante la calidad de vida de quienes las sufren y de su entorno. Otra de las consecuencias más frecuentes tras las LM es la aparición de dolor neuropático, que suele ser refractario a la mayoría de los tratamientos y que puede llegar a ser altamente incapacitante. El objetivo general de este proyecto era el estudio de la aparición y el mantenimiento del dolor neuropático después de lesiones medulares por contusión en rata, en las que se manifiesta en forma de dolor espontáneo, hiperalgesia (reacción exagerada a un estímulo doloroso) y alodinia (respuesta de dolor frente a un estímulo inocuo). El modelo de contusión es uno de los que más fielmente reproduce las características que se presentan en las lesiones en humanos, y por dicho motivo constituye un buen modelo para reproducirlas a nivel experimental. A través de técnicas algesimétricas, electrofisiológicas y de locomoción, ha sido posible describir y cuantificar la aparición de déficits en la locomoción, la coordinación y la conducción central, así como la aparición de hiperalgesia. Una vez conocidas las características de lesiones medulares de diferente gravedad, el siguiente paso fue intentar mejorar algunas de estas manifestaciones, a través de trasplantes celulares y tratamientos farmacológicos. Los tipos celulares elegidos fueron las células de la glía envolvente (OEC) y las células madre mesenquimales de médula ósea (MSC), ambas obtenidas a partir de ratas. En cuanto a los fármacos, se optó por probar dos moduladores gliales, como son la glibenclamida y el ibuprofeno. Nuestros resultados destacan en primer lugar la importante plasticidad presente en la médula espinal tras la lesión, afectando esta tanto a los sistemas motores como a los sensoriales. En segundo lugar, evidencian la 2

3 importancia de conocer los diferentes mecanismos involucrados en el mantenimiento del dolor neuropático para poder diseñar terapias dirigidas a cada uno de ellos, y poder así obtener resultados positivos que a largo plazo pueden conllevar la implantación de nuevos tratamientos y terapias en el ámbito clínico de los lesionados medulares. 2. Resultados Caracterización de las respuestas de dolor en diferentes grados de lesión de la médula espinal En una primera fase del proyecto se optimizó el modelo experimental de lesión por contusión medular de gravedad variable, para asegurar la obtención de lesiones reproducibles. Se constató que la lesión provocaba una consistente hiperalgesia mecánica y térmica por debajo de la zona de la lesión, y que esta se cronificaba. Pudo confirmarse también que a diferencia de lo que sucedía con los déficits funcionales, el grado de dolor no parecía mantener una relación directa con la gravedad de la lesión, indicando un mecanismo de todo o nada. A nivel histológico se comprobó la formación de una cavidad en la zona de la lesión, rodeada por un importante proceso inflamatorio en el que las células gliales desempeñaban un papel esencial manteniendo esta situación. Asimismo, mediante el uso de la técnica electrofisiológica del wind-up, se pudo comprobar el incremento en la excitabilidad medular en segmentos por debajo de la lesión (zona lumbar). Este hecho supuso el inicio de una nueva línea de experimentos enfocados al estudio de la plasticidad en segmentos medulares no afectados directamente por la lesión, su relación con los déficits funcionales y su implicación en el mantenimiento del dolor neuropático. Análisis de los déficits funcionales, de locomoción y coordinación Una de las principales consecuencias de las LM es la pérdida total o parcial de la locomoción en las extremidades inferiores. Existe un conjunto de técnicas que permite valorar de una forma rápida y sencilla tales déficits, y observar que mientras animales con lesiones leves pierden tan solo la coordinación en el paso, los animales con lesiones más graves presentan 3

4 serias dificultades para colocar las patas de forma correcta al caminar o incluso para sostener su propio peso con las patas traseras. Otras técnicas más sofisticadas, basadas en el uso de tapices rodantes y programas informáticos nos permitieron realizar un análisis más exhaustivo de la locomoción de los animales, comprobando que a pesar de los evidentes déficits, los animales disponían de estrategias compensatorias para mantener la locomoción (alargamiento de los pasos, cambios posturales para conseguir estabilidad, etc.). Combinando estas técnicas con la electrofisiología pudimos obtener una clara objetivación de cuáles eran los tractos espinales afectados por la lesión y cómo esta afectación repercute en déficits graduales de la locomoción y la coordinación fina. El conocimiento y la estandarización de estos métodos resulta una herramienta muy útil para probar tratamientos y terapias que pueden implicar mejoras en los déficits neurales causados por las LM. Plasticidad en zonas alejadas de la lesión: desinhibición y amplificación del dolor Se considera que el dolor neuropático no se mantiene solo por la lesión en sí misma, sino que otras alteraciones en los circuitos medulares alejados de la lesión inicial desempeñan también un papel esencial. Por este motivo se analizaron las diferentes fases del proceso nociceptivo (llegada desde la periferia, procesamiento medular y elaboración de una respuesta de retirada), para ver así si en estos puntos se manifestaba un mal procesamiento de la información, que en último término provocara la hiperalgesia. Los resultados indican alteraciones de todos los elementos que intervienen, ratificando una vez más la importante plasticidad medular. Sorprendentemente, los elementos que más se habían alterado eran los inhibidores, que no se hallaban disminuidos sino aumentados después de la lesión. Esto conlleva que el sistema neuronal inhibidor estaría intentando compensar la hiperexcitabilidad creada por la LM, aunque estos cambios no sean suficientes para contrarrestarla. De este modo, la información nociceptiva que llega a la médula acaba siendo amplificada e interpretada por el animal como la llegada de un estímulo mucho más doloroso de lo que realmente es, fenómeno conocido como hiperalgesia. Esta desinhibición 4

5 general en la médula se manifiesta también en forma de hiperreflexia, como una respuesta refleja exagerada frente a un estímulo doloroso. Terapia celular tras lesión medular Una de las terapias más prometedoras en el campo de la neurorregeneración y la neuroprotección es el trasplante celular, destinado a evitar la pérdida de tejido medular después de la lesión y a la promoción de la regeneración de los elementos afectados. En nuestro laboratorio se usaron inicialmente las células de la glía envolvente procedentes del bulbo olfatorio (OEC), con el fin de que guiaran a los axones en un posible proceso de regeneración y protegieran el tejido próximo a la lesión. Los animales trasplantados mostraron una leve preservación de tejido y un aumento en la supervivencia de neuronas caudales a la lesión, así como un aumento en la hiperreflexia (considerada beneficiosa en este caso, ya que permite mejoras en la locomoción). Posteriormente se cultivaron y trasplantaron células madre mesenquimales procedentes de la médula ósea (MSC). Se sabe que estas células tienen la capacidad de secretar una gran cantidad de factores tróficos y, por lo tanto, poseen un alto poder neuroprotector después de una lesión. Los animales trasplantados con MSC mostraron una mayor preservación de tejido y una mayor supervivencia neuronal. Además de mostrar también un aumento en la hiperreflexia, mostraban mejoras significativas en la locomoción. Aunque los dos tipos celulares presentan efectos similares en los animales, los efectos de las MSC fueron más importantes, si bien son necesarios más estudios para sacar el máximo provecho a toda su potencialidad. Resultados de la prueba de algesimetría mecánica plantar en los grupos experimentales estudiados con trasplantes de OEC y de MSC. 5

6 Resultados de la relación H/M de los grupos experimentales estudiados con trasplantes de OEC y de MSC. * p<0,05 respecto al grupo intacto, # p<0,05 respecto al grupo OEC. Preservación de tejido medular después de la lesión y el trasplante celular. Resultados expresados en área de tejido preservado en función de la distancia del epicentro (izquierda), o como volumen total preservado (derecha). Tratamientos farmacológicos moduladores de la glía Los tratamientos farmacológicos destinados a paliar el dolor neuropático son escasos y a menudo poco eficaces. Por dicho motivo son muchos los laboratorios que usan fármacos conocidos para otras indicaciones o bien los emplean para estudiar mecanismos involucrados en la generación y mantenimiento del dolor neuropático. Siguiendo estas premisas, fue elegido un fármaco usado en el tratamiento de la diabetes (glibenclamida) para intentar promover la acción beneficiosa que la activación de la microglía lleva a cabo después de la lesión traumática de la médula espinal. Este fármaco no supuso mejoras en cuanto a la hiperalgesia, aunque indujo a una mejora funcional en los animales tratados, que presentaban una mayor coordinación y mejor locomoción. El otro fármaco aplicado fue ibuprofeno, al que, a pesar de no ser uno de los fármacos de referencia en el tratamiento del dolor neuropático, se le atribuyen acciones sobre diferentes poblaciones gliales. Sorprendentemente, el ibuprofeno fue capaz de reducir los signos de hiperalgesia por debajo del nivel de la lesión, aunque la locomoción se mantuvo inalterada. Posteriormente, se ha empezado a trabajar con la 6

7 combinación de fármacos y con cultivos celulares en los que se aplican los fármacos usados, al objeto de conocer bien su funcionamiento sobre las células del sistema nervioso y para abrir nuevas opciones de tratamiento del dolor neuropático crónico. 3. Relevancia y posibles implicaciones clínicas de los resultados finales obtenidos El uso de modelos animales en la investigación en el campo de la lesión medular es una excelente herramienta para conocer aspectos propios de la lesión, así como sus consecuencias. Evidentemente, y a pesar de las limitaciones que conlleva el trabajo con animales, constituyen un instrumento necesario para el estudio del dolor neuropático. La investigación llevada a cabo en el presente proyecto ha permitido el estudio y la caracterización exhaustiva de los déficits funcionales y el dolor neuropático que provocan las lesiones medulares. Además, ha permitido el estudio de la importante plasticidad que tiene lugar en regiones alejadas de la lesión, y que en último término podría intentarse modular para reducir las manifestaciones de dolor neuropático. Asimismo, el uso de fármacos y el trasplante celular han aportado resultados esperanzadores, abriendo puertas a la investigación de futuros tratamientos y terapias destinadas a mejorar la calidad de vida de los pacientes de lesión medular. 4. Publicaciones Redondo Castro, E., Udina, E., Verdú, E. & Navarro, X. Longitudinal study of wind-up responses after graded spinal cord injuries in the adult rat. Restorative Neurology and Neuroscience 29, (2011). Factor de impacto: 3,7. 7

8 Santos-Nogueira, E., Redondo Castro, E., Mancuso, R. & Navarro, X. Randall-Selitto test: A new approach for the detection of neuropathic pain after spinal cord injury. Journal of Neurotrauma 8, 1-8 (2011). Factor de impacto: 4,2. Guillermo García-Alías, Elena Redondo Castro, Antoni Valero-Cabré and Xavier Navarro. Longitudinal evaluation of cortical and subcortical motor evoked potentials in rats with spinal cord injury. Pendiente de publicación. Elena Redondo Castro, Abel Torres-Espín, Guillermo García-Alías, Xavier Navarro. Quantitative assessment of locomotion deficits and fine coordination in rats after different spinal cord injuries. Pendiente de publicación. Elena Redondo Castro, Guillermo García-Alías, Xavier Navarro. Lumbar plasticity after different spinal cord injuries in rats: Disinhibition, hyperreflexia and neuropathic pain. Pendiente de publicación. 8

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