Neurorregeneração

A regeneração de neuronas ou neurorregeneração refere-se ao reparo de tecidos nervosos, células ou produtos celulares. Tais mecanismos podem incluir geração de novos neurônios, glia, axônios, mielina ou sinapses. A geração neurossensiva difere entre o sistema nervoso periférico (PNS) e o sistema nervoso central (SNC) pelos mecanismos funcionais e especialmente a extensão e a velocidade. Quando um axônio está danificado, o segmento distal sofre degeneração de Waller, perdendo a bainha de mielina. O segmento proximal pode morrer por apoptose ou sofrer a reação cromatítica, que é uma tentativa de reparação. No SNC, a remoção sináptica ocorre quando os processos do pé glial invadem a sinapse passada.Principles of Neural Science; Kandel, Schwartz; McGraw-Hill Medical; 4 edition (January 5, 2000); Chapter 55

As lesões do sistema nervoso afetam mais de 90 mil pessoas por ano.Stabenfeldt, S.E., A.J. Garcia, and M.C. LaPlaca, Thermoreversible laminin-functionalized hydrogel for neural tissue engineering. Journal of Biomedical Materials Research. Part A, 2006. 77: p. 718-725 Estima-se que as lesões da medula espinhal sozinhas afetam 10.000 por ano.Prang, P., et al., The promotion of oriented axonal regrowth in the injured spinal cord by alginate-based anisotropic capillary hydrogels. Biomaterials, 2006. 27: p. 3560-3569. Como resultado desta alta incidência de lesões neurológicas, regeneração e reparação de nervos, um subcampo de engenharia de tecido neural, está se tornando um campo em rápido crescimento dedicado à descoberta de novas maneiras de recuperar a funcionalidade nervosa após uma lesão. O sistema nervoso é dividido em duas partes: o sistema nervoso central, que consiste no cérebro e na medula espinhal, e no sistema nervoso periférico, que consiste em nervos cranianos e espinhais junto com os gânglios associados. Embora o sistema nervoso periférico tenha uma capacidade intrínseca de reparo e regeneração, o sistema nervoso central é, na sua maioria, incapaz de auto-reparação e regeneração. Atualmente não há tratamento para recuperar a função nervosa humana após lesão no sistema nervoso central.Recknor, J.B. and S.K. Mallapragada, Nerve Regeneration: Tissue Engineering Strategies, in The Biomedical Engineering Handbook: Tissue Engineering and Artificial Organs, J.D. Bronzino, Editor. 2006, Taylor & Francis: New York Além disso, várias tentativas de re-crescimento do nervo através da transição PNS-CNS não foram bem-sucedidas. Simplesmente não há conhecimento suficiente sobre a regeneração no sistema nervoso central. Além disso, embora o sistema nervoso periférico tenha a capacidade de regeneração, ainda é necessário fazer muitas pesquisas para otimizar o meio ambiente para o potencial máximo de reparo. A geração de neuronas é importante clinicamente, pois faz parte da patogênese de muitas doenças, incluindo a esclerose múltipla.

Regeneração do sistema nervoso periférico thumb|Síndrome de Guillain-Barré - dano do nervo A regeneração de neuronas no sistema nervoso periférico (PNS) ocorre em um grau significativo.YIU, G. & ZHIGANG, H. (2006). Glial inhibition of CNS axon regeneration. Nature Reviews Neuroscience, 7, 617-627 Os brotos axonais se formam no coto proximal e crescem até entrarem no coto distal. O crescimento dos brotos é governado por fatores quimiotácticos secretados pelas células de Schwann (neurolemócitos). A lesão no sistema nervoso periférico desencadeia imediatamente a migração de fagócitos, células de Schwann e macrófagos para o local da lesão, a fim de eliminar detritos, como tecido danificado. Quando um axônio nervoso é cortado, a extremidade ainda ligada ao corpo da célula é rotulada como o segmento proximal, enquanto a outra extremidade é chamada de segmento distal. Após a lesão, a extremidade proximal incha e experimenta alguma degeneração retrógrada, mas uma vez que o resíduo é limpo, ele começa a brotar axônios e a presença de cones de crescimento pode ser detectada. Os axônios proximais podem voltar a crescer enquanto o corpo da célula estiver intacto, e eles fazem contato com as células de Schwann no canal ou tubo de endonecimento. As taxas de crescimento do axônio humano podem atingir 1 mm/dia em pequenos nervos e 5 mm/dia em grandes nervos. O segmento distal, no entanto, experimenta degeneração de Wallerian em poucas horas da lesão; os axônios e mielina degeneram, mas o endoneúrio permanece. Nos estágios posteriores da regeneração, o tubo endoneural restante direciona o crescimento do axônio de volta aos alvos corretos. Durante a degeneração de Waller, as células de Schwann crescem em colunas ordenadas ao longo do tubo endoneurário, criando uma banda de Büngner (boB) que protege e preserva o canal endoneurial. Além disso, os macrófagos e as células de Schwann liberam fatores neurotróficos que aumentam o re-crescimento.

Regeneração do sistema nervoso central Ao contrário das lesões do sistema nervoso periférico, as lesões no sistema nervoso central não são seguidas por uma regeneração extensiva. É limitado pelas influências inibitórias do ambiente glial e extracelular. O ambiente de crescimento hostil e não permissivo é, em parte, criado pela migração de inibidores associados a mielina, astrócitos, oligodendrócitos, precursores de oligodendrócitos e microglia. O ambiente dentro do SNC, especialmente após o trauma, neutraliza o reparo da mielina e dos neurônios. Os fatores de crescimento não são expressos ou reexpressos; por exemplo, a matriz extracelular está faltando lamininas. As cicatrizes gliais se formam rapidamente e a glia realmente produz fatores que inibem a remielinação e o reparo dos axônios; por exemplo, NOGO e NI-35.BRADBURY, E.J., MCMAHON, S.B. (2006). Spinal cord repair strategies: why do they work? Nature Reviews Neuroscience, 7, 644-653KARNEZIS, T., MANDEMAKERS, W., MCQUALTER, J.L., ZHENG, B., HO, P.P., JORDAN, K.A., MURRAY, B.M., BARRES, B., TESSIER-LAVINGE, M., BERNARD, C.C.A. (2004). The neurite outgrowth inhibitor Nogo A is involved in autoimmune-mediated demyelination. Nature Neuroscience, 7, 736-744REGMAN, B.S., KUNKEL-BAGDEN, E., SCHNELL, L., DAI, H.N., GAO, D., SCHWAB, M.E. (1995). Recovery from spinal cord injury mediated by antibodies to neurite growth inhibitors. Nature, 378, 498-501 Os próprios axônios também perdem o potencial de crescimento com a idade, devido a uma diminuição na expressão de GAP 43.

A degeneração mais lenta do segmento distal do que a que ocorre no sistema nervoso periférico também contribui para o ambiente inibitório porque a mielina inibitória e os detritos axonais não são eliminados tão rapidamente. Todos esses fatores contribuem para a formação do que é conhecido como uma cicatriz glial, que os axônios não podem crescer. O segmento proximal tenta se regenerar após uma lesão, mas seu crescimento é dificultado pelo meio ambiente. É importante notar que os axônios do sistema nervoso central foram provados para regenerar em ambientes permissivos; portanto, o problema primário para a regeneração axonal do sistema nervoso central é atravessar ou eliminar o local da lesão inibitória. Outro problema é que a morfologia e as propriedades funcionais dos neurônios do sistema nervoso central são altamente complexas, por isso um neurônio não pode ser substituído funcionalmente por outro tipo (lei de Llinás).

Inibição do rebrota axonal A formação de cicatrizes gliais é induzida após danos ao sistema nervoso. No sistema nervoso central, esta formação de cicatrizes gliais inibe significativamente a regeneração do nervo, o que leva a uma perda de função. Várias famílias de moléculas são liberadas que promovem e conduzem a formação de cicatrizes gliais. Por exemplo, fatores de crescimento transformantes B-1 e -2, interleucinas e citoquinas desempenham um papel no início da formação de cicatrizes. O acúmulo de astrócitos reativos no local da lesão e a regulação de moléculas que são inibitórias para a proliferação de neurites contribuem para o fracasso da neuroregeneração.Zhang HQ, Uchimura K, Kadomatsu K. Brain keratan sulfate and glial scar formation. ANNALS OF THE NEW YORK ACADEMY OF SCIENCES 1086: 81-90 2006. As moléculas acima reguladas alteram a composição da matriz extracelular de uma maneira que demonstrou inibir a extensão da proliferação de neurites. Esta formação de cicatrizes envolve vários tipos de células e famílias de moléculas.

Proteoglicano de sulfato de condroitina Em resposta a fatores indutores de cicatrizes, como os discutidos acima, os astrócitos regulam a produção de proteoglicanos de sulfato de condroitina. Os astrócitos são um tipo predominante de células gliais no sistema nervoso central que oferecem muitas funções, incluindo mitigação de dano, reparação e formação de cicatrizes gliais. A via RhoA está envolvida. Os proteoglicanos de sulfato de condroitina (CSPGs) demonstraram estar regulados no sistema nervoso central (SNC) após lesão. Os dissacárideos repetidos de ácido glucurônico e galactosamina, glicosaminoglicanos (CS-GAGs), são acoplados covalentemente aos CSPG do núcleo da proteína. As CSPGs demonstraram inibir a regeneração in vitro e in vivo, mas o papel que a proteína do núcleo CSPG versus CS-GAGs não havia sido estudado até recentemente.

Um estudo recente realizou experiências para determinar os CS-GAG presentes no córtex normal não ferido, bem como os presentes após a lesão e a cicatriz glial madura resultante. A diferença nos tipos e quantidades de CS-GAG presentes entre os dois foi então usada para estudar os efeitos inibitórios desses tipos de CS-GAG regulados em cicatriz glial na extensão de neurite. A análise resultante mostrou que os perfis GAG do córtex normal e do tecido cicatricial glial foram significativamente diferentes. O tecido cicatricial glial demonstrou uma regulação acima da condroitina-4,6-sulfato, condroitina-2-sulfato e condroitina-6-sulfato. Por outro lado, o tecido cortical não ferido mostrou que a maioria do CS-GAG era condroitina-4-sulfato, mas também alguns condroitina e condroitina-6-sulfato presentes.

Usando essa informação, foram realizados estudos para quantificar os efeitos inibitórios de CSPGs sobre a proliferação de neurites. Todas as amostras de amostras CSPG mostraram ser inibitórias para a proliferação de neurites. No entanto, CS-E e aggrecan mostraram ser o mais inibitório por uma grande margem, que continha principalmente GAG 4,6-sulfatado e GAG 4-sulfatado, respectivamente. Um comprimento médio de neurite para experimentos usando essas amostras foi de 22 ± 40 μm e 24 ± 44 μm, respectivamente. Isso é comparado com as outras médias que foram mais de dez vezes esses valores.Gilbert RJ, McKeon RJ, Darr A, et al. CS-4,6 is differentially upregulated in glial scar and is a potent inhibitor of neurite extension. MOLECULAR AND CELLULAR NEUROSCIENCE 29 (4): 545-558 AUG 2005 Outro estudo demonstrou que o maior aumento após lesão na medula espinhal foi em condroitina 4-sulfatada.Wang H, Katagiri Y, McCann TE, et al. Chondroitin-4-sulfation negatively regulates axonal guidance and growth. JOURNAL OF CELL SCIENCE 15 (12): 3083-91 2008 Neste estudo, os autores demonstram que aumentos ou diminuições seletivas da 4-sulfatação em proteoglicanos de sulfato de condroitina derivados de astrócitos têm ações de promoção do crescimento ou inibidoras do crescimento, respectivamente. Em conjunto, esses estudos apontam para a 4-sulfatação como uma modificação crítica das CSPGs na cicatriz glial.