Los científicos del MIT descubrieron que el crecimiento de las neuronas motoras aumentó significativamente a lo largo de cinco días en respuesta a señales bioquímicas (izquierda) y mecánicas (derecha) relacionadas con el ejercicio. La bola verde representa un grupo de neuronas que crecen hacia afuera en largas colas o axones. Crédito: Angel Bu
No hay duda de que el ejercicio es bueno para el cuerpo. La actividad regular no solo fortalece los músculos, sino que también puede reforzar nuestros huesos, vasos sanguíneos y sistema inmunológico.
Ahora, los ingenieros del MIT han descubierto que el ejercicio también puede tener beneficios a nivel de neuronas individuales. Observaron que cuando los músculos se contraen durante el ejercicio, liberan una mezcla de señales bioquímicas llamadas mioquinas.
En presencia de estas señales generadas por los músculos , las neuronas crecieron cuatro veces más que las neuronas que no estuvieron expuestas a las mioquinas. Estos experimentos a nivel celular sugieren que el ejercicio puede tener un efecto bioquímico significativo en el crecimiento nervioso.
Sorprendentemente, los investigadores también descubrieron que las neuronas responden no solo a las señales bioquímicas del ejercicio, sino también a sus impactos físicos. El equipo observó que cuando las neuronas se tiran repetidamente hacia adelante y hacia atrás, de manera similar a cómo los músculos se contraen y se expanden durante el ejercicio, las neuronas crecen tanto como cuando se exponen a las mioquinas de un músculo.
Si bien estudios anteriores han indicado un posible vínculo bioquímico entre la actividad muscular y el crecimiento nervioso, este estudio es el primero en demostrar que los efectos físicos pueden ser igualmente importantes, afirman los investigadores. Los resultados, que se publican en la revista Advanced Healthcare Materials , arrojan luz sobre la conexión entre los músculos y los nervios durante el ejercicio y podrían informar sobre terapias relacionadas con el ejercicio para reparar los nervios dañados y deteriorados.
«Ahora que sabemos que existe esta comunicación entre músculos y nervios, puede ser útil para tratar cosas como las lesiones nerviosas , donde se corta la comunicación entre el nervio y el músculo», dice Ritu Raman, profesora adjunta de Desarrollo Profesional Eugene Bell de Ingeniería Mecánica en el MIT.
«Tal vez si estimulamos el músculo podríamos favorecer la curación del nervio y restaurar la movilidad a quienes la han perdido debido a lesiones traumáticas o enfermedades neurodegenerativas».
Raman es el autor principal del nuevo estudio, que incluye a Angel Bu, Ferdows Afghah, Nicolás Castro, Maheera Bawa, Sonika Kohli, Karina Shah y Brandon Ríos del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, y Vincent Butty del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT.
Charla sobre músculos
En 2023, Raman y sus colegas informaron que podían restaurar la movilidad en ratones que habían sufrido una lesión muscular traumática, implantando primero tejido muscular en el sitio de la lesión y luego ejercitando el nuevo tejido estimulándolo repetidamente con luz.
Con el tiempo, descubrieron que el injerto ejercitado ayudó a los ratones a recuperar su función motora , alcanzando niveles de actividad comparables a los de los ratones sanos.
Cuando los investigadores analizaron el injerto en sí, pareció que el ejercicio regular estimulaba el músculo injertado a producir ciertas señales bioquímicas que se sabe que promueven el crecimiento de nervios y vasos sanguíneos.
«Eso fue interesante porque siempre pensamos que los nervios controlan los músculos, pero no pensamos que los músculos respondan a los nervios», dice Raman.
«Empezamos a pensar que estimular los músculos estimulaba el crecimiento de los nervios. La gente respondía que tal vez fuera así, pero que en un animal hay cientos de otros tipos de células y que resulta muy difícil demostrar que el nervio crece más debido al músculo y no al sistema inmunitario o a otra cosa».
En su nuevo estudio, el equipo se propuso determinar si ejercitar los músculos tiene algún efecto directo en el crecimiento de los nervios, centrándose únicamente en el tejido muscular y nervioso. Los investigadores hicieron crecer células musculares de ratón hasta convertirlas en fibras largas que luego se fusionaron para formar una pequeña lámina de tejido muscular maduro del tamaño de una moneda de veinticinco centavos.
El equipo modificó genéticamente el músculo para que se contrajera en respuesta a la luz. Con esta modificación, el equipo podía hacer parpadear una luz repetidamente, lo que hacía que el músculo se contrajera en respuesta, de una manera que imitaba el acto de hacer ejercicio.
Los científicos del MIT descubrieron que el crecimiento de las neuronas motoras aumentó significativamente a lo largo de 5 días en respuesta a señales bioquímicas y mecánicas relacionadas con el ejercicio. La bola verde representa un grupo de neuronas que crecen hacia afuera en colas largas o axones. Crédito: Angel Bu
Anteriormente, Raman desarrolló una nueva esterilla de gel sobre la que se puede cultivar y ejercitar el tejido muscular. Las propiedades del gel son tales que pueden sostener el tejido muscular y evitar que se desprenda a medida que los investigadores estimulan el músculo para que se ejercite.
Luego, el equipo recolectó muestras de la solución circundante en la que se ejercitó el tejido muscular, pensando que la solución debería contener mioquinas, incluidos factores de crecimiento, ARN y una mezcla de otras proteínas.
«Yo pensaría en las mioquinas como una sopa bioquímica de sustancias que secretan los músculos, algunas de las cuales podrían ser buenas para los nervios y otras que podrían no tener nada que ver con ellos», dice Raman. «Los músculos secretan mioquinas casi siempre, pero cuando los ejercitas, producen más».
‘El ejercicio como medicina’
El equipo transfirió la solución de mioquina a un recipiente aparte que contenía neuronas motoras (nervios que se encuentran en la médula espinal y que controlan los músculos que participan en el movimiento voluntario). Los investigadores cultivaron las neuronas a partir de células madre derivadas de ratones.
Al igual que con el tejido muscular, las neuronas se cultivaron en una esterilla de gel similar. Después de exponerlas a la mezcla de mioquina, el equipo observó que empezaron a crecer rápidamente, cuatro veces más rápido que las neuronas que no recibieron la solución bioquímica.
«Crecen mucho más lejos y más rápido, y el efecto es bastante inmediato», señala Raman.
Para observar más de cerca cómo cambiaban las neuronas en respuesta a las mioquinas inducidas por el ejercicio, el equipo realizó un análisis genético, extrayendo ARN de las neuronas para ver si las mioquinas inducían algún cambio en la expresión de ciertos genes neuronales.
«Vimos que muchos de los genes regulados positivamente en las neuronas estimuladas por el ejercicio no solo estaban relacionados con el crecimiento de las neuronas, sino también con su maduración, con su capacidad de comunicarse con los músculos y otros nervios y con la madurez de los axones», afirma Raman. «El ejercicio parece afectar no solo al crecimiento de las neuronas, sino también a su madurez y buen funcionamiento».
Los resultados sugieren que los efectos bioquímicos del ejercicio pueden promover el crecimiento de las neuronas. Entonces el grupo se preguntó: ¿podrían los efectos puramente físicos del ejercicio tener un beneficio similar?
«Las neuronas están físicamente unidas a los músculos, por lo que también se estiran y se mueven con ellos», afirma Raman. «También queríamos ver, incluso en ausencia de señales bioquímicas del músculo, si podíamos estirar las neuronas hacia adelante y hacia atrás, imitando las fuerzas mecánicas (del ejercicio), y si eso también podría tener un impacto en el crecimiento».
Para responder a esta pregunta, los investigadores cultivaron un conjunto diferente de neuronas motoras en una estera de gel a la que le incrustaron pequeños imanes. Luego utilizaron un imán externo para mover la estera (y las neuronas) de un lado a otro.
De esta manera, «ejercitar» las neuronas durante 30 minutos al día. Para su sorpresa, descubrieron que este ejercicio mecánico estimulaba el crecimiento de las neuronas tanto como el de las neuronas inducidas por mioquinas, y que crecían significativamente más que las neuronas que no recibían ningún tipo de ejercicio.
«Esa es una buena señal porque nos dice que los efectos bioquímicos y físicos del ejercicio son igualmente importantes», dice Raman.
Ahora que el grupo ha demostrado que ejercitar los músculos puede promover el crecimiento nervioso a nivel celular, planean estudiar cómo se puede utilizar la estimulación muscular dirigida para hacer crecer y sanar los nervios dañados y restaurar la movilidad de las personas que viven con una enfermedad neurodegenerativa como la ELA.
«Este es sólo nuestro primer paso hacia la comprensión y el control del ejercicio como medicina», afirma Raman.
Información de la revista: Advanced Healthcare Materials
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts
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