Un pez africano guarda el secreto de la regeneración de tejidos

Un componente crítico relacionado con la velocidad y el tiempo de respuesta a nivel celular ayuda a que los peces killi africanos regeneren adecuadamente su aleta caudal después de una lesión.

Al analizar la dinámica de los tejidos durante el recrecimiento, científicos del Stowers Institute for Medical Research descubrieron que, además de factores conocidos, como cuántas células participan y dónde se encuentran, el tiempo que las células pasan involucradas en el proceso de reparación también es clave.

"Uno de los mayores misterios sin resolver de la regeneración es cómo sabe un organismo lo que se ha perdido después de una lesión", dijo en un comunicado Alejandro Sánchez Alvarado, director científico de Stowers y autor del trabajo, publicado en iScience. "Básicamente, el estudio apunta a una nueva variable en la ecuación de la regeneración. Si podemos modular la velocidad y el tiempo que un tejido puede iniciar una respuesta regenerativa, esto podría ayudarnos a diseñar terapias que puedan activar y quizás prolongar la respuesta regenerativa de tejidos que normalmente no lo harían".

Poco después de una lesión en la cola de un pez killi turquesa (Nothobranchius furzeri), el tejido restante necesita saber cuánto daño se ha producido. Luego, este tejido debe reclutar la cantidad adecuada de células reparadoras en el lugar de la lesión durante la cantidad de tiempo adecuada. La detección del daño, el reclutamiento de células reparadoras y el momento oportuno deben trabajar juntos de alguna manera para que la cola vuelva a crecer.

"Si un animal que puede regenerar extremidades, como la cola, pierde sólo una pequeña porción, ¿cómo sabe que no debe regenerar una cola nueva entera sino sólo la pieza que falta?", dijo Sánchez Alvarado. Para abordar esta cuestión, el equipo sondeó diferentes lugares de la lesión en la aleta caudal del pez killi.

Descubrieron que las células de la piel, tanto cerca de una lesión como en regiones distantes no lesionadas, lanzan un programa genético que prepara a todo el animal para una respuesta de reparación. Luego, las células de la piel en el lugar de la lesión mantienen esta respuesta y cambian temporalmente su estado para modificar el material circundante llamado matriz extracelular.

El coautor Augusto Ortega Granillo, investigador doctoral, compara esta matriz con una esponja que absorbe las señales secretadas del tejido lesionado que luego guía a las células reparadoras para que se pongan a trabajar. Si las señales no se reciben o no se interpretan correctamente, el proceso de regeneración puede no restaurar la forma y el tamaño originales de la cola.

"Definimos muy claramente cuándo y dónde, a las 24 horas posteriores a la lesión y en la matriz extracelular, el estado celular transitorio está actuando en el tejido de la aleta", dijo Ortega Granillo. "Saber cuándo y dónde buscar nos permitió realizar alteraciones genéticas y comprender mejor la función de estos estados celulares durante la regeneración".

Para investigar si estos estados celulares distintos comunican información a la matriz extracelular (la estructura de soporte que rodea a las células) durante el proceso de reparación, los investigadores emplearon la técnica de edición genética CRISPR-Cas9. Se centraron específicamente en un gen conocido por modificar la matriz extracelular, ya que habían observado su activación al inicio de la respuesta de regeneración.

Al alterar la función de este gen, el equipo pretendía determinar su papel en la transmisión de información de las células a la matriz durante la regeneración.

"Estos animales modificados ya no saben cuánto tejido se perdió", dijo Ortega Granillo. "Aún se regeneraron, pero la velocidad de crecimiento del tejido fue deficiente. Esto nos dice que al cambiar el espacio extracelular, las células de la piel informan al tejido cuánto se perdió y a qué velocidad debe crecer".

De hecho, la velocidad y la cantidad de tejido regenerado en estos killis genéticamente modificados aumentaron independientemente de si la lesión en la cola fue leve o grave. Este hallazgo abre la posibilidad de que los estados celulares que modifican la matriz aumenten el recrecimiento regenerativo. Si los estados celulares pudieran ajustarse, podría ser una forma de estimular una respuesta de regeneración más robusta.

Desde una perspectiva evolutiva, comprender por qué ciertos organismos sobresalen en la regeneración mientras que otros, como los humanos, tienen capacidades regenerativas limitadas es una fuerza impulsora en el campo de la biología regenerativa. Al identificar principios generales en organismos con alta capacidad regenerativa, los investigadores apuntan a aplicar potencialmente estos conocimientos para mejorar la regeneración en humanos.