En neurociencia celular , una axotomía (de axo- , " axón ", y -tomía , " cirugía ") es el corte o la separación de un axón. Este tipo de denervación se utiliza a menudo en estudios experimentales sobre fisiología neuronal y muerte o supervivencia neuronal como método para comprender mejor las enfermedades del sistema nervioso . [1]
La axotomía puede causar la muerte de células neuronales , especialmente en animales embrionarios o neonatales , ya que este es el período en el que las neuronas dependen de sus dianas para el suministro de factores de supervivencia. En animales maduros, donde los factores de supervivencia se derivan localmente o a través de bucles autocrinos , la axotomía de neuronas periféricas y motoneuronas puede conducir a una respuesta regenerativa robusta sin ninguna muerte neuronal. En ambos casos, se observa que la autofagia aumenta notablemente. La autofagia podría despejar el camino para la degeneración neuronal o podría ser un medio para la destrucción celular. [2]
Cuando se lesiona un axón periférico, toda la neurona reacciona inmediatamente para regenerarlo. [3] Esta reacción requiere una mayor actividad metabólica y se inicia mediante cromatólisis. La cromatólisis se caracteriza por la disolución de las estructuras productoras de proteínas en el cuerpo celular de una neurona [4] y es un término utilizado para caracterizar la apoptosis de las células neuronales. Durante la cromatólisis , el soma y el núcleo se redondean y agrandan, los cuerpos de Nissl y los cuerpos de Golgi se desintegran y el citocentro se vacía. En la mayoría de los casos, la respuesta de axotomía en los axones periféricos termina en la curación y regeneración celular, aunque ocasionalmente puede terminar en la muerte celular. La regeneración se produce debido a la hiperplasia microglial y la hipertrofia astroglial, actividades que faltan en la respuesta de axotomía central. [ cita requerida ]
A diferencia de la respuesta periférica, la respuesta de axotomía en las neuronas centrales (neuronas del sistema nervioso central ) casi siempre conduce a la muerte celular. [5] El modo de muerte celular es a menudo la apoptosis. [6] Las neuronas centrales, al ser cortadas, generalmente no logran regular positivamente la expresión de factores tróficos, un tipo de proteína asociada a la regeneración. [7] Estos factores tróficos son responsables de la regulación de la vitalidad neuronal [8] y son un aspecto crítico de la neuroprotección . Los factores tróficos garantizan la supervivencia de la sinapsis neuronal, lo que significa que esencialmente mantienen la funcionalidad de la neurona. La falta de mayor expresión de estas proteínas conducirá en última instancia a la atrofia celular.
Al realizar neurocirugía, a menudo se requiere que los profesionales corten intencionalmente los axones. La axotomía láser es una técnica en desarrollo que permite cortar axones con precisión. La axotomía láser podría permitir a los médicos comprender mejor los efectos posteriores de un axón cortado para que puedan desarrollar tratamientos más efectivos. Poder cortar axones específicos con precisión permitirá a los investigadores estudiar la correlación directa de los axones con la funcionalidad.
Aunque muchas veces la axotomía se produce debido a un tratamiento quirúrgico previsto, también suele estar directamente relacionada con una de las muchas patologías o lesiones. A continuación se presenta una lista preliminar de algunas de las lesiones y patologías asociadas conocidas. [ cita requerida ]
La esclerosis múltiple es una enfermedad que desmieliniza los nervios del sistema nervioso central, lo que conduce a un deterioro de la función corporal. [9] Las patologías subyacentes son en su mayoría desconocidas y no se comprenden. Muchos [¿ quién? ] plantean la hipótesis de que la desmielinización en las lesiones de esclerosis múltiple conduce a la transección axonal y, en última instancia, a la degeneración axonal. Esta muerte axonal podría ser potencialmente la causa de los efectos irreversibles de la esclerosis múltiple. Utilizando lo que se sabe sobre la respuesta de la axotomía, los médicos e investigadores están buscando implementar rehabilitación neuroprotectora para pacientes en las primeras etapas de la esclerosis múltiple con el fin de evitar que la enfermedad siga su curso y cause discapacidad irreversible. Estas rehabilitaciones incluirían la utilización de factores tróficos para ayudar a la supervivencia de las neuronas y al mantenimiento de la función de sinapsis. [ cita requerida ]
Una lesión cerebral traumática se define como una lesión contundente no penetrante o por proyectil en la cabeza. [10] Se ha demostrado que la extensión del daño incurrido después de un traumatismo craneal se correlaciona más directamente con la cantidad de deformación incurrida por el cerebro que con la cantidad de estrés por área aplicada a la cabeza. Hay dos modos de axotomía que pueden ocurrir como resultado de una lesión cerebral traumática. La axotomía primaria ocurre inmediatamente y se caracteriza por una transacción mecánica completa de los axones. Más a menudo, ocurre una axotomía secundaria, que evoluciona con el tiempo y finalmente conduce a la desconexión. Si bien este tipo de lesión suele ser irreversible, los axones ocasionalmente se recuperan. Los investigadores están trabajando actualmente para aprovechar este potencial de recuperación para desarrollar terapias para pacientes con lesiones cerebrales traumáticas. Estas terapias se basan en la comprensión científica de la respuesta de la axotomía. Dos mecanismos que ayudan en el proceso de reinervación son la inflamación aguda y la activación de moléculas en la matriz extracelular que rodea la sinapsis. La inflamación aguda inmediata conduce a la eliminación de los axones cortados mediante la activación de la glía local. La respuesta inflamatoria también recluta factores de crecimiento que ayudan en la repoblación de los sitios postsinápticos. Los efectos negativos de esta inflamación pueden ser difíciles de detectar inmediatamente después de la lesión. La inflamación de la cabeza suele aparecer lentamente después de una lesión y puede provocar un aumento fatal de la presión cerebral. Actualmente se está utilizando una citocina recientemente descubierta y entendida para intentar tratar la axotomía antes de que se produzca el aumento de la presión. Esta citocina, llamada osteopontina , puede ayudar en la regeneración axonal al exponer sus sitios de unión al receptor de integrina. La secreción de osteopontina puede regular la sinaptogénesis y dirigirse a la neuroglia necesaria para la reparación de los axones. Un estudio realizado por Julie L. Chan demuestra la funcionalidad de la osteopontina para iniciar la respuesta inmunitaria necesaria para la reparación y reorganización sináptica después de una lesión (axotomía). [11] Aunque el estudio demostró efectivamente la funcionalidad de la osteopontina para disminuir la respuesta inflamatoria intensa después de una lesión cerebral traumática, no proporcionó evidencia de los efectos a largo plazo de implantarla como una opción de tratamiento. Alterar la respuesta inflamatoria puede detener involuntariamente los aspectos beneficiosos de la inflamación y tener efectos devastadores sobre la capacidad del cerebro para curarse a sí mismo.