Regulación del crecimiento de las células de Schwann mediante un campo eléctrico pulsado de nanosegundos para la regeneración de nervios periféricos in vitro

Cada año, millones de personas se ven afectadas por lesiones nerviosas que afectan tanto al sistema nervioso periférico (SNP) como al sistema nervioso central (SNC)¹. Los estudios han demostrado que la capacidad de reparación axonal del SNC es bastante limitada después de lesiones nerviosas, mientras que el SNP muestra una mayor capacidad debido a la importante plasticidad de las SC². Sin embargo, lograr la regeneración completa después de lesiones de nervios periféricos sigue siendo arduo y continúa planteando un desafío importante para la salud humana ^3,4. Hoy en día, los autoinjertos han seguido siendo un tratamiento común a pesar de los inconvenientes de la morbilidad del sitio donante y la disponibilidad limitada⁵. Esta situación ha llevado a los investigadores a explorar terapias alternativas, como los materiales⁶, los factores moleculares⁷ y la estimulación eléctrica (SE). Como factor que promueve el crecimiento axonal y la regeneración nerviosa⁸, la elección de un método adecuado de CE y la exploración de la relación entre CE y SC se vuelven esenciales.

Las SC son las principales células gliales del SNP, desempeñando un papel crucial en la regeneración del SNP ^9,10. Después de las lesiones de los nervios periféricos, las SC experimentan una activación rápida, una reprogramación extensa² y la transición de un estado formador de mielina a una morfología de apoyo al crecimiento para llevar a cabo la regeneración del nervio². En el extremo distal del nervio lesionado se produce una proliferación sustancial de SCs, mientras que las SCs del muñón distal experimentan proliferación y elongación para formar la banda de Bungner, que son necesarias para guiar los axones hacia el órgano diana¹¹. Además, las SC de los muñones nerviosos proximales y distales migran hacia el puente nervioso para formar cordones SC que promueven la regeneración de axones¹². Además, estudios previos han demostrado que la síntesis y secreción de factores relevantes relacionados con las SC cambian en casos de regeneración de nervios periféricos, incluidos los factores transcripcionales¹³, los factores neurotróficos¹⁴ y los reguladores de la mielinización¹³. Esto también proporciona indicadores para evaluar la actividad de las SC. Sobre la base de estos, la promoción de la proliferación, migración, síntesis y secreción de factores relevantes para mejorar la regeneración de los nervios periféricos¹⁵.

Estudios previos han demostrado la posibilidad de utilizar las CE para la regeneración nerviosa¹. Una explicación ampliamente aceptada es que las ES pueden inducir la despolarización de las membranas celulares, alterar el potencial de membrana y afectar las funciones de las proteínas de membrana al cambiar las distribuciones de carga en estas^{biomoléculas}. Sin embargo, la PEF intensa ampliamente aplicada puede causar dolor intenso, contracciones musculares involuntarias y fibrilación cardíaca⁸. También aumenta la actividad de la creatina quinasa (CK), disminuye la fuerza muscular e induce el desarrollo de dolor muscular de aparición tardía (DOMS)¹⁶. nsPEF es una técnica emergente que estimula a los sujetos de prueba con campos eléctricos de alto voltaje dentro de una duración de pulso de nanosegundos, y se está utilizando gradualmente en la investigación a nivel celular^17,18. Estudios previos han informado que la posible razón de ser de nsPEF que promueve la proliferación celular y la actividad de orgánulos es la formación de nanoporos de membrana y la activación de canales iónicos, lo que conduce a un aumento en la concentración citoplasmática de Ca^{2+ 19}. nsPEF utiliza la tecnología de potencia de pulso para cargar la membrana celular, produciendo pulsos caracterizados por una corta duración, un rápido tiempo de subida, alta potencia y baja densidad de energía²⁰. Estas características sugieren que la nsPEF puede ser un modo preferido con efectos secundarios de estimulación mínimos⁸. Además, nsPEF ofrece ventajas como procedimientos mínimamente invasivos, reversibilidad, capacidad de ajuste y no destructividad para los tejidos neurales en comparación con las intervenciones quirúrgicas. Una de las principales líneas de investigación de la nsPEF en el campo biomédico es su aplicación para la ablación de tejido tumoral mediante estimulación de campo eléctrico de alta energía 21,22,23. Algunos resultados de investigación indican que el 12-nsPEF puede estimular los nervios periféricos sin causar daño²⁴. Sin embargo, en la actualidad, existe evidencia limitada con respecto a la aplicación de nsPEF en el campo de la regeneración nerviosa. Además, la estimulación de las SC mediante nsPEF es un intento pionero que contribuye a una mayor investigación clínica e in vivo. Este estudio explora si la estimulación de nsPEF de las SC puede promover la regeneración nerviosa y proporcionar una base fiable para posteriores investigaciones profundas y sistemáticas.