Conexión de nervios amputados con prótesis motoras : bases biotecnológicas y prueba de concepto de una sinapsis motora biohíbrida

Resumen

El potencial regenerativo del Sistema Nervioso Periférico (PNS), hace que sea de gran interés el desarrollo de nuevas estrategias para mejorarlo y obtener una recuperación completa y funcional. Cuando hay daño en los nervios periféricos, el crecimiento y el guiado de los axones es posible gracias a la presencia de las células de Schwann (SC). Este tipo celular es el encargado de crear un ambiente favorable para el crecimiento en la parte distal de la lesión que inerva el tejido diana, en el que se ha perdido la conexión con los núcleos neuronales. Sin embargo, tres condiciones pueden resultar en la incapacidad del PNS para regenerar adecuadamente y mantener la conexión entre el Sistema Nervioso Central (CNS) y los tejidos diana apropiados. Primero, si el daño causa una pérdida de comunicación entre las áreas proximal y distal de las neuronas dañadas, los axones en regeneración perderán contacto con el ambiente favorable creado por las SC. Esto hace imposible que los axones crezcan en la dirección correcta y, en última instancia, provoca la formación de un neuroma asociado a un crecimiento descontrolado. En segundo lugar, como el PNS transmite información tanto aferente como eferente, cuando el crecimiento es descontrolado y sin un guiado adecuado las neuronas regeneradas inervan un objetivo que no es el correcto, dando lugar a una reinervación no funcional. Finalmente, en los casos más severos de daño, donde la pérdida del tejido diana ha ocurrido debido a la amputación, es necesario establecer una conexión del PNS con un dispositivo artificial, que reemplace el tejido diana y que sea capaz de transmitir señales tanto aferentes como eferentes al CNS. Para ello, es necesario desarrollar un interfaz capaz de transformar las señales de ambos tipos de sistemas, que, en el caso del sistema nervioso, son transmitidas a través de la sinapsis. En la presente Tesis buscamos vías para superar estas tres limitaciones, con el fin de obtener el objetivo final de crear una sinapsis biohíbrida. Estas vías consisten en: (I) establecer las condiciones ideales para la creación de Bandas de Büngner biomiméticas, para mejorar la orientación de las neuronas en regeneración. Para ello usamos scaffolds tubulares para crear un entorno regenerativo continuo que permita la reconexión del nervio seccionado y aportamos las señales físicas necesarias para conseguir la formación de Bandas de Büngner. (II) Conseguir el crecimiento guiado de los diferentes tipos neuronales, mediante el uso de fenotipos específicos de SC. Comprobamos el perfil molecular obtenido por cada uno de los fenotipos de interés, y diseñamos y fabricamos scaffolds bicompartimentalizados que nos permiten crear entornos independientes y establecer un camino específico para la regeneración de las neuronas motoras y sensitivas. (III) Por último, diseñar, fabricar y determinar las técnicas para construir un interfaz neural motor biohíbrido que nos permita obtener señales de las neuronas regeneradas y transformarlas en señales electrónicas. El dispositivo consta de una matriz de electrodos de oro funcionalizados con la enzima Acetilcolinesterasa, encargada de hidrolizar el neurotransmisor de las neuronas motoras, la acetilcolina. El interfaz biohíbrido proporciona señales eléctricas basadas en la cantidad de neurotransmisor producida por las neuronas regeneradas. De esta manera dotando al PNS con la capacidad de conectarse a un dispositivo artificial, dando lugar a una sinapsis biohíbrida entre las neuronas motoras y los aparatos electrónicos. Con la presente Tesis establecemos: (I) los mecanismos de plasticidad subyacentes a la regeneración del PNS, (II) las condiciones ideales para la guía de los diferentes tipos de neuronas de forma controlada y (III) las bases necesarias para la creación de un interfaz neural biohíbrido capaz de reaccionar a los niveles de neurotransmisores producidos por las neuronas regeneradas