La Neurobiología se adentra en la génesis del dolor    

VARIOS EQUIPOS CIENTÍFICOS ESPAÑOLES INVESTIGAN EN LA ACTUALIDAD, DESDE EL CAMPO DE LA NEUROBIOLOGÍA, LAS CAUSAS DEL DOLOR. LAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN ABARCAN DESDE LA OBSERVACIÓN DE LA GÉNESIS DOLOROSA, QUE PERMITE TRABAJAR DESPUÉS EN LA OBTENCIÓN DE ANALGÉSICOS PERIFÉRICOS, HASTA EL DISEÑO DE ESTRATEGIAS EXPERIMENTALES QUE PROMUEVAN LA REGENERACIÓN DE LAS VÍAS NERVIOSAS LESIONADAS 

Nuño Santana   

Varios equipos científicos españoles investigan en la actualidad, desde el campo de la Neurobiología, las causas del dolor. Las líneas de investigación abarcan desde la observación de la génesis dolorosa, que permite trabajar después en la obtención de analgésicos periféricos, hasta el diseño de estrategias experimentales que promuevan la regeneración de las vías nerviosas lesionadas. 

El concepto de enfermedad implica, según Gonzalo Paris, miembro del Patronato de la Fundación Ciencias de la Salud, desentrañar todas las alteraciones genéticas y los sucesos moleculares y celulares que tienen lugar en el curso de la enfermedad y que, posteriormente, podrán ser aplicables para la obtención de nuevos tratamientos. 

Enfocar la investigación sobre el dolor hacia desentrañar la génesis de este proceso doloroso es la principal dedicación del equipo de Carlos Belmonte, director del Instituto de Neurociencias de la Universidad Miguel Hernández, de Alicante, que ha presentado  recientemente sus conclusiones, junto a otros investigadores en el marco del "Homenaje a la investigación biomédica española", organizado por la Fundación Ciencias de la Salud. 

"Investigamos la génesis del dolor como experiencia sensorial que se produce en unas condiciones normales", explica Carlos Belmonte, "no en las que son consecuencia del mal funcionamiento del sistema del procesado de la información". 

Es sabido que el dolor es consecuencia de una serie de estímulos que generan un mensaje sensorial formado por impulsos nerviosos que alcanzan al sistema nervioso central, produciendo, finalmente, la sensación de dolor. Esos impulsos nerviosos contribuyen, a través de la liberación local de neuropéptidos como prostraglandinas, quininas..., a crear un circuito de retroalimentación que provoca la inflamación local y con ello una mayor sensibilización de los nocireceptores. Éstos producen, finalmente, una sensación aumentada de dolor o hiperalgesia. El estudio del doctor Belmonte se centra en los efectos tróficos que los nervios sensoriales tiene sobre los tejidos a largo plazo, afectando a su integridad normal y, sobre todo, a los procesos de recuperación tras una lesión. 

El principal problema que presenta el análisis de la génesis de la sensación de dolor es que éste se produce en fibras nerviosas que tienen un tamaño de 0,1 micras y que están distribuidas con una densidad muy baja proporcionalmente al tejido que la rodea. Esto hace que las fibras resulten muy inaccesibles a técnicas biofísicas o bioquímicas. 

Tres tipos de energías (mecánica, química o térmica) activan, cuando actúan con una intensidad alta, las terminaciones nerviosas de las neuronas sensoriales situadas en los ganglios raquídeos o trigeminal. Estas células nerviosas se comunican con neuronas centrales, desencadenando, finalmente, todos los procesos que producen el dolor, las reacciones motoras, etc. 

La investigación se centra, por tanto, en los procesos que, a nivel molecular y celular, tienen lugar en la terminación nerviosa y que aún son muy poco conocidos. 

Carlos Belmonte ha escogido como objeto de investigación la córnea del ojo, partiendo así con una serie de ventajas en la búsqueda de la formación del dolor. La córnea es uno de los tejidos más simples del organismo, posee un epitelio con un estroma muy ordenado de tipo conectivo y una única capa endotelial. Además, sólo tiene terminaciones nerviosas nociceptivas (que reciben información de las terminaciones de neuronas sensoriales que señalan lesión), y carece de vasos sanguíneos. Las terminaciones nerviosas se sitúan a muy pocas micras de la superficie de la córnea; esto permite realizar registros según el procedimiento clásico de anotar los impulsos nerviosos en los axones de las fibras corneales. 

Basándose en esta metodología tradicional, el equipo de Belmonte ha podido establecer que en la córnea existen sólo tres tipos de terminaciones nociceptivas: las primeras sólo responden a energías mecánicas de alto umbral, las segundas, a estímulos térmicos de calor y estímulos químicos, y las terceras sólo a descensos bruscos de temperatura en dicha la superficie corneal. Utilizando esta técnica, se han podido establecer las características de estos receptores y, de manera indirecta, algunas de las propiedades que han sido inaccesibles a la experimentación. Así, se ha demostrado que las transducciones de señales de la energía mecánica y la energía química y térmica se producen a través de mecanismos celulares distintos. 
Por ello, podía bloquearse de manera selectiva la respuesta que, por separado, provenía de un estímulo químico, mecánico o térmico, siempre en la misma terminación nerviosa. Empleando una dosis elevada de capsaicina se desensibiliza a esa terminación desde el punto de vista químico, se elimina al mismo tiempo la respuesta térmica, mientras que la respuesta mecáncia sigue intacta.  

Analgésicos periféricos 
Los investigadores han comprobado que la transmisión de impulsos nerviosos que provienen de estímulos térmicos y químicos se produce a través de un canal iónico, probablemente, un canal catiónico inespecífico, que puede bloquearse a través de un fármaco, de manera relativamente selectiva, bloqueándose así sólo la respuesta química y manteniendo intacta la respuesta mecánica. Esto confirma que el mecanismo de transducción de ambos estímulos es diferente. Además, sugiere que existen canales iónicos, acoplados o no a receptores, que sirven para la transducción de los distintos estímulos mecánicos, químicos o térmicos. 
Recientemente, un equipo de científicos de San Francisco que realiza investigaciones paralelas a las del equipo de Belmonte, consiguió localizar el canal que transforma los estímulos químicos procendentes de la capsaicina. Este canal ha sido expresado en ovocitos, de forma que pueden registrarse las corrientes resultantes de su activación. Por primera vez, gracias a la biología molecular, puede registrarse de manera controlada el canal que parece que media en una parte de las respuestas de las terminaciones nerviosas nociceptivas a los estímulos químicos que libera la célula cuando es lesionada. 

Aplicando la química combinatoria, el doctor Belmonte ha conseguido una molécula que logra cerrar selectivamente el canal, lo que permite trabajar en la obtención de analgésicos periféricos. Recientemente, ha registrado, por primera vez, la actividad eléctrica de terminaciones nociceptoras aisladas y averiguado que éstas producen sus impulsos nerviosos a través de la activación de canales de sodio TTX-resistentes. 
Por otra parte, los diversos tipos funcionales de neuronas nociceptoras periféricas mandan sus impulsos nerviosos al sistema central, donde se generan sensaciones de dolor. En este ámbito, se han obtenido datos que sugieren que las características psicofísicas de la sensación final de dolor dependen del grado de activación de cada una de las distintas subpoblaciones de neuronas nociceptivas periféricas. Toda esta información abre la posibilidad, cada vez más cercana, de actuar directamente sobre la génesis de señales nerviosas a nivel de las terminaciones nociceptoras, mediante fármacos que actúen de manera específica sobre los distintos mecanismos de transducción presenten en aquéllas, eliminando la producción de sensaciones de dolor en su nivel más periférico. 

Regeneración del hipocampo 
Otro equipo español, encabezado por Eduardo Soriano García, catedrático de Biología Celular Animal y Vegetal de la Facultad de Biología de la Universidad de Barcelona ha presentado en el marco de este evento, sus últimos avances en la investigación de los factores que regulan el desarrollo y la regeneración del hipocampo. El fin último es lograr el diseño de estrategias experimentales que promuevan la regeneración de vías nerviosas lesionadas. 

El desarrollo del hipocampo, así como el de las distintas regiones del sistema nervioso central, conlleva un proceso complejo, multifactorial y prolongado. Tras un período de regionalización temprana, los neuroblastos deben diferenciarse y madurar en diferentes clases de neuronas adultas. Para ello, primeramente, las neuronas inmaduras migran desde los centros de proliferación hasta posicionarse en la región o capa apropiada. Posteriormente, elaboran sus árboles dendríticos y elongan su axón hasta encontrar su territorio diana específico. Finalmente, las neuronas deben establecerse uniones sinápticas funcionales; para ello, sintetizan y ensamblan la maquinaria presináptica y postsináptica necesarias para la transmisión de señales. 
En los últimos años, el trabajo del equipo del doctor Soriano se ha centrado en comprender dos aspectos concretos del desarrollo de la corteza cerebral: la migración neuronal y el crecimiento y guía axonales. Su equipo intenta descifrar el proceso por el que una estructura simple como es el neuroepitelio, compuesto por células altamente indiferenciadas, es capaz de transformarse en una estructura bien organizada. 

Lo primero que se constata durante la génesis del córtex es que los neuroblastos migran desde los centros de proliferación, situados en las capas bajs, hasta la zonas altas para formar las sucesivas capas del córtex. Esta migración es un proceso altamente estructurado, ordenado y radial. Para esta clase de migración es utilizado un sustrato, que son los radios o las prolongaciones radiales verticales de un tipo de célula de glia que se denomina glia radial. La migración unidireccional desde las capas de desarrollo cerebral, ya que los distintos niveles se forman por aposición de generaciones de neuroblastos que siempre migran hasta la capa superior, gobernados por las células de Cajal-Retzius. 

El equipo constató que la ausencia de reelina, proteina de matriz extracelular que se expresa en la corteza cerebral, da lugar a unas capas completamente anormales en el córtex, y que las células de Cajal-Retzius regulan el genotipo de la clase de glia, lo que resulta esencial para la migración. En un experimento posterior, los investigadores de la Universidad de Barcelona cultivaron explantes de neuroblastos frente a las células de Cajal-Retzius. Así se demuestra que estas células gobiernan y controlan, por tanto, la migración neuronal en el córtex, y lo hacen al menos por tres mecanismos distintos: mediante expresión de reelina, regulación del fenotipo de glia y por genoatracción de los neuroblastos desde las capas bajas a las capas altas. Pero una vez que los neuroblastos llegan a su punto de destino, lo que hacen es la formación de un axón, y, a través de éste, forman redes o circuitos que, a su vez, son los responsables de las funciones del sistema nervioso. 

Es sabido que el axón crece siempre de una forma muy dirigida y unidireccional, y es capaz de pasar por diferentes zonas del sistema nervioso para dirigirse a la médula sin contactar con otros territorios por los que pasa. La mayor parte de las conexiones del sistema nervioso se forman al mismo tiempo y cada neurona siempre es capaz de encontrar a su diana sináptica específica. Esto implica la existencia de mecanismos de vía axonal sumamente finos para la formación de estos sistemas. Existen tanto factores quimioatractivos como factores quimiorepelentes que impiden la entrada de los axones en determinadas zonas. Estas señales positivas y negativas son necesarias para guiar a los axones corticales hacia sus dianas sinápticas específicas. 

El equipo utilizó en su investigación semaforina IV, que no sólo inhibe el crecimiento de los axones sino que repele y dirige el crecimiento axonal en dirección opuesta a donde está esta sustancia. Mediante la expresión de moléculas repulsivas se previene la entrada de determinados sistemas de axones dentro de territorios erróneos. Al mismo tiempo, estos factores repelen y dirigen el crecimiento del axón en sentido contrario, donde son interceptados por los factores atractivos y dirigidos finalmente a su zona de destino. La disección molecular y celular de los mecanismos que median en el crecimiento axonal durante el desarrollo normal puede ayudar a comprender los mecanismos finos que inhiben la regeneración del sistema nervioso central adulto, facilitando el diseño de estrategias experimentales que promueven la regeneración de vías nerviosas lesionadas. 

Enfermedades neuronales 
La investigación neurobiológica también observa la relevancia de la sinapsis neuronal en los diversos procesos cerebrales y en enfermedades como la epilepsia. Así, el equipo de Juan Lerma, investigador del Instituto de Neurobiología Ramón y Cajal del CSIC, centra sus experimentos en la actividad del ácido glutámico, un aminoácido dicarboxicilico utilizado por más del 80 por ciento de las neuronas en la sinapsis con las otras células nerviosas. Este neurotransmisor, también denominado glutamato, es esencial para muchos procesos cerebrales, tales como el aprendizaje y la memoria, y sus receptores se encuentran distribuidos a lo largo de todo el cerebro. Entre los receptores de glutamato están el N-metil-D-aspartato (NMDA9, el AMPA y el kainato. Las diferencias básicas entre ellos son blanco para el desarrollo de algunas drogas específicas. Así, por ejemplo, el ácido kainato es un análogo estructural del ácido glutámico, y cuando es administrado a animales experimentales, induce convulsiones y patrones de daño neuronal parecidos a los que se observan en pacientes epilépticos. Por esta razón, la administración de kainato ha sido usada ampliamente como un modelo químico de la epilepsia del lóbulo temporal humano. 

Sin embargo, el receptor de kainato ha sido el componente del sistema de señalización del glutamato que ha permanecido más inaccesible a los investigadores. El equipo del doctor Lerma fue el primero en demostrar la presencia de receptores de kainato como entidades funcionales en neuronas del sistema nervioso central. Tras una larga búsqueda, han logrado sinteticar una clase de benzodiacepina que actúa como antagonista específico de los receptores de AMPA, lo que permite abordar la investigación de la función fisiológica de los receptores de kainato en el cerebro. Los últimos avances del equipo de Lerma indican que los receptores de kainato pueden ser alcanzados por el glutamato liberado sinápticamente. Los receptores, sin embargo, pueden localizarse presinápticamente (en el terminal que libera el neurotransmisor), postsinápticamente (en la membrana situada al otro lado de la hendidura sináptica) o transinápticamente (en una neurona adyacente). Se ha determinado que la activación de los receptores de kainato reduce la inhibición inducida (que ocurre de forma natural en el cerebro) por otro aminoácido, el ácido gamma-aminobutírico (GABA). El GABA es el principal neurotransmisor inhibitorio del sistema nervioso y su actividad es crucial para mantener la excitabilidad del cerebro a niveles normales. 

Consecuentemente, la reducción de la liberación de GABA, provocada por los receptores de kainato localizados presinápticamente, causa un estado de hiperexcitabilidad similar al observado en el estado epiléptico. El grupo de Lerma ha encontrado que la activación de los receptores de kainato en los terminales GABA érgicos conduce a la iniciación de una cascada de segundos mensajeros que acompaña a la activación de la proteína G, que es independiente de su actividad como canal iónico. Lo novedoso de esta observación es que hasta ahora se pensaba que las subunidades de los receptores de kainato formaban, exclusivamente, canales iónicos. Los últimos resultados indican que, además de formar canales, los receptores de kainato exhiben otros mecanismos de señalización que afectan profundamente a la función neuronal, ya que conducen a la modulación de la transmisión GABAérgica. En el animal íntegro, dosis bajas de kainato interfieren con la inhibición sináptica y producen actividad epiléptica. Modulando la eficacia de las sinapsis GABAérgicas, los receptores de kainato pueden participar en la etiología de la epilepsia y podrían convertirse en blanco de drogas antiepilépticas. 

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