Protein

Investigadores de la Universidad de Stanford han descubierto que modificar un patrón de cicatrización establecido hace millones de años podría permitir la reparación de lesiones sin dejar cicatrices, ya sea después de una cirugía o un traumatismo. Si los resultados de su estudio, realizado en ratones, se traducen a humanos, podría ser posible evitar o incluso tratar la formación de cicatrices en cualquier parte del cuerpo.

La cicatrización es más que un problema estético. Las cicatrices pueden interferir con la función normal de los tejidos y causar dolor crónico, enfermedades e incluso la muerte. Se estima que alrededor del 45% de las muertes en los Estados Unidos se deben a algún tipo de cicatrización (también conocida como fibrosis), generalmente de órganos vitales como los pulmones, el hígado o el corazón.

Las cicatrices en la superficie de la piel, aunque rara vez son fatales, son más rígidas y débiles que la piel normal y carecen de glándulas sudoríparas o folículos pilosos, lo que dificulta la compensación de los cambios de temperatura.

Los cirujanos saben desde hace décadas que las heridas faciales cicatrizan con menos intensidad que las lesiones en otras partes del cuerpo. Este fenómeno tiene sentido evolutivo: la cicatrización rápida de las heridas corporales previene la muerte por pérdida de sangre, infección o movilidad reducida, pero la cicatrización del rostro requiere que la piel mantenga su capacidad para funcionar correctamente.

El rostro es la zona más valiosa del cuerpo. Necesitamos ver, oír, respirar y comer. En cambio, las lesiones en el cuerpo deben curar rápidamente. La cicatriz resultante puede no verse ni funcionar como un tejido normal, pero es probable que aún sobrevivas para reproducirte.

Michael Longaker, MD, profesor de cirugía

Exactamente cómo ocurre esta discrepancia ha sido un misterio, aunque había algunas pistas.

«El rostro y el cuero cabelludo son únicos en su desarrollo», explicó el profesor de cirugía Derrick Wan, MD. «El tejido de la parte superior del cuello se deriva de un tipo de célula en el embrión temprano llamada célula de la cresta neural. En este estudio, identificamos vías de cicatrización específicas en las células formadoras de cicatrices llamadas fibroblastos que se originan en la cresta neural y descubrimos que impulsan un tipo de cicatrización más regenerativa».

Activar esta vía en incluso un subconjunto de fibroblastos alrededor de pequeñas heridas en el abdomen o la espalda de los ratones provocó que cicatrizaran con mucha menos intensidad, similar a las heridas no tratadas en la cara o el cuero cabelludo.

Longaker, profesor Deane P. y Louise Mitchell en la Facultad de Medicina, y Wan, profesor Johnson & Johnson Distinguido en Cirugía II, son los autores principales del estudio, que fue publicado el 22 de enero en Cell. Michelle Griffin, MD, PhD, residente de cirugía plástica, y Dayan Li, MD, PhD, investigador clínico y postdoctoral, son los autores principales de la investigación.

«Muchos de los autores de este artículo son científicos médicos», dijo Li, quien está certificado en dermatología. «Este proyecto se inspiró en lo que hemos observado en nuestros pacientes: las heridas faciales generalmente cicatrizan con menos intensidad. Queríamos entender, mecánicamente, por qué es así».

Las proteínas determinan la cicatrización

Li y sus colegas utilizaron ratones de laboratorio para investigar las diferencias en la cicatrización de heridas en varios sitios del cuerpo de los animales. Anestesaron a los ratones antes de crear pequeñas heridas en la piel en la cara, el cuero cabelludo, la espalda y el abdomen. Las heridas se estabilizaron suturando pequeños anillos de plástico alrededor de ellas para evitar diferencias en las fuerzas mecánicas a medida que los animales se movían. Se les proporcionó alivio del dolor a los ratones durante el proceso de cicatrización.

Después de 14 días, las heridas en la cara y el cuero cabelludo expresaron niveles más bajos de proteínas conocidas por estar involucradas en la formación de cicatrices en comparación con las del abdomen o la espalda de los animales. El tamaño de las cicatrices también fue menor.

Los investigadores luego trasplantaron piel de la cara, el cuero cabelludo, la espalda y el abdomen de los ratones a la espalda de ratones de control. Después de que los trasplantes se injertaron, repitieron el experimento en la piel trasplantada. Como antes, las heridas en la piel trasplantada de las caras de los ratones donantes expresaron niveles más bajos de proteínas asociadas con la cicatrización.

Además, Li y sus colegas aislaron fibroblastos de muestras de piel de los cuatro sitios del cuerpo en los ratones donantes y los inyectaron en la espalda de los ratones de control. Observaron niveles reducidos de proteínas asociadas con la cicatrización en la espalda de los animales receptores inyectados con fibroblastos de las caras de los animales donantes en comparación con los fibroblastos de la cuero cabelludo, la espalda o el abdomen.

«Descubrimos que no es necesario cambiar o manipular todos los fibroblastos dentro del tejido para obtener un resultado positivo», dijo Li. «Cuando inyectamos fibroblastos que habíamos alterado genéticamente para que se parecieran más a los fibroblastos faciales, vimos que las incisiones en la espalda cicatrizaban muy parecido a las incisiones faciales, con menos cicatrices, incluso cuando los fibroblastos trasplantados constituían solo el 10% al 15% del número total de fibroblastos circundantes. Cambiar solo unas pocas células puede desencadenar una cascada de eventos que puede causar grandes cambios en la cicatrización».

Una cicatrización menos fibrosa

Profundizando, los investigadores identificaron cambios en la expresión génica entre los fibroblastos faciales y los de otras partes del cuerpo y siguieron estas pistas para identificar una vía de señalización que involucra a una proteína llamada ROBO2 que mantiene a los fibroblastos faciales en un estado menos fibroso. También observaron algo interesante en los genomas de los fibroblastos que producen ROBO2.

«En general, el ADN de las células ROBO2-positivas es menos transcripcionalmente activo, o menos disponible para la unión de proteínas necesarias para la expresión génica», dijo Li. «Estos fibroblastos se asemejan más a sus progenitores, las células de la cresta neural, y podrían ser más capaces de convertirse en los muchos tipos de células necesarios para la regeneración de la piel».

En contraste, el ADN de los fibroblastos de otros sitios del cuerpo permite un acceso libre a los genes como el colágeno que están involucrados en la creación de tejido cicatricial.

«Parece que, para cicatrizar, las células deben ser capaces de expresar estos genes pro-fibroticos», dijo Longaker. «Y esta es la vía predeterminada para gran parte del cuerpo».

ROBO2 no actúa solo. Desencadena una vía de señalización que resulta en la inhibición de otra proteína llamada EP300 que facilita la expresión génica. EP300 juega un papel importante en algunos cánceres, y los ensayos clínicos de una pequeña molécula de fármaco que puede inhibir su actividad están en curso. Li y sus colegas encontraron que el uso de esta pequeña molécula preexistente para bloquear la actividad de EP300 en los fibroblastos propensos a la cicatrización provocó que las heridas en la espalda cicatrizaran como las heridas faciales.

«Ahora que entendemos esta vía y las implicaciones de las diferencias entre los fibroblastos que surgen de diferentes tipos de células madre, podemos ser capaces de mejorar la cicatrización de heridas después de cirugías o traumatismos», dijo Wan.

Los hallazgos probablemente se extenderán también a la cicatrización interna, dijo Longaker. «No hay un millón de maneras de formar una cicatriz», dijo. «Este y otros hallazgos anteriores en mi laboratorio sugieren que existen mecanismos y culpables comunes independientemente del tipo de tejido, y sugieren fuertemente que existe una forma unificada de tratar o prevenir la cicatrización».

Investigadores de la Universidad de Arizona contribuyeron al trabajo.

El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de la Salud (becas R01-GM136659, U24DE029463, R01-DE032677, R01-AR081343, RM1-HG007735 y 5T32AR007422-43), el Laboratorio Hagey de Medicina Regenerativa Pediátrica, la Alianza Wu Tsai para el Rendimiento Humano, la Fundación para la Investigación de la Esclerodermia, la Fundación A.P. Giannini y el Instituto Médico Hughes Howard.

Longaker es el inventor de una solicitud de patente que cubre un algoritmo de aprendizaje automático para el análisis de redes de tejido conectivo en cicatrización y fibrosis crónica.

Longaker es miembro de Bio-X de Stanford, el Instituto Cardiovascular de Stanford, la Alianza Wu Tsai para el Rendimiento Humano, el Instituto de Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa, el Instituto de Investigación en Salud Maternoinfantil y el Instituto del Cáncer de Stanford.