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Regeneración (biología)

La estrella de mar girasol regenera sus brazos.
Gecko enano de cabeza amarilla con cola regenerativa

La regeneración en biología es el proceso de renovación, restauración y crecimiento de tejidos que hace que los genomas , las células , los organismos y los ecosistemas sean resilientes a las fluctuaciones naturales o eventos que causan perturbaciones o daños. [1] Todas las especies son capaces de regenerarse, desde las bacterias hasta los humanos. [2] [3] [4] La regeneración puede ser completa [5] donde el tejido nuevo es el mismo que el tejido perdido, [5] o incompleta [6] después de lo cual el tejido necrótico se vuelve fibrótico . [6]

En su nivel más elemental, la regeneración está mediada por los procesos moleculares de regulación genética e involucra los procesos celulares de proliferación celular , morfogénesis y diferenciación celular . [7] [8] Sin embargo, la regeneración en biología se refiere principalmente a los procesos morfogénicos que caracterizan la plasticidad fenotípica de los rasgos que permiten a los organismos multicelulares reparar y mantener la integridad de sus estados fisiológicos y morfológicos. Por encima del nivel genético, la regeneración está regulada fundamentalmente por procesos celulares asexuales. [9] La regeneración es diferente de la reproducción. Por ejemplo, la hidra realiza la regeneración pero se reproduce por el método de gemación .

El proceso regenerativo se produce en dos fases de varios pasos: la fase de preparación y la fase de rediseño. [10] [11] La regeneración comienza con una amputación que desencadena la primera fase. Inmediatamente después de la amputación, las células epidérmicas migratorias forman un epitelio de la herida que se engrosa, a través de la división celular, durante la primera fase para formar una capa alrededor del sitio de la herida. [10] Las células debajo de esta capa luego comienzan a dividirse rápidamente y forman un extremo en forma de cono para la amputación conocido como blastema. Incluidas en el blastema están las células de la piel, los músculos y el cartílago que se desdiferencian y se vuelven similares a las células madre en el sentido de que pueden convertirse en múltiples tipos de células. Las células se diferencian con el mismo propósito para el que originalmente cumplían, lo que significa que las células de la piel vuelven a convertirse en células cutáneas y las células musculares en músculos. Estas células desdiferenciadas se dividen hasta que hay suficientes células disponibles, momento en el que se diferencian nuevamente y la forma del blastema comienza a aplanarse. Es en este punto que comienza la segunda fase, el rediseño de la extremidad. En esta etapa, los genes envían señales a las células para que se diferencien y se desarrollan las distintas partes de la extremidad. El resultado final es una extremidad que se ve y funciona de manera idéntica a la que se perdió, generalmente sin ninguna indicación visual de que la extremidad se haya generado nuevamente.

La hidra y el platelminto planaria han servido durante mucho tiempo como organismos modelo por sus capacidades regenerativas altamente adaptativas . [12] Una vez heridos, sus células se activan y restauran los órganos a su estado preexistente. [13] Los Caudata ("urodelos"; salamandras y tritones ), un orden de anfibios con cola, es posiblemente el grupo de vertebrados más hábil en la regeneración, dada su capacidad de regenerar extremidades, colas, mandíbulas, ojos y una variedad de estructuras internas. [2] La regeneración de órganos es una capacidad adaptativa común y extendida entre las criaturas metazoarias . [12] En un contexto relacionado, algunos animales pueden reproducirse asexualmente a través de fragmentación , gemación o fisión . [9] Un progenitor planaria, por ejemplo, se contraerá, se dividirá por la mitad y cada mitad generará un nuevo extremo para formar dos clones del original. [14]

Los equinodermos (como la estrella de mar), los cangrejos de río, muchos reptiles y anfibios muestran ejemplos notables de regeneración tisular. El caso de la autotomía , por ejemplo, sirve como una función defensiva ya que el animal desprende una extremidad o cola para evitar ser capturado. Después de que la extremidad o la cola se han autotomizado, las células entran en acción y los tejidos se regenerarán. [15] [16] [17] En algunos casos, una extremidad mudada puede regenerar por sí misma un nuevo individuo. [18] La regeneración limitada de las extremidades ocurre en la mayoría de los peces y salamandras, y la regeneración de la cola tiene lugar en las larvas de ranas y sapos (pero no en los adultos). La extremidad completa de una salamandra o un tritón crecerá repetidamente después de la amputación. En los reptiles, los quelonios, los cocodrilos y las serpientes son incapaces de regenerar partes perdidas, pero muchos (no todos) tipos de lagartijas, gecos e iguanas poseen capacidad de regeneración en un alto grado. Por lo general, implica desprenderse de una sección de la cola y regenerarla como parte de un mecanismo de defensa. Al escapar de un depredador, si este atrapa la cola, esta se desprenderá. [19]

Ecosistemas

Los ecosistemas pueden ser regenerativos. Después de una perturbación, como un incendio o un brote de plagas en un bosque, las especies pioneras ocuparán, competirán por el espacio y se establecerán en el hábitat recién abierto. El nuevo crecimiento de plántulas y el proceso de ensamblaje de la comunidad se conoce como regeneración en ecología . [20] [21]

Fundamentos moleculares celulares

La formación de patrones en la morfogénesis de un animal está regulada por factores de inducción genética que hacen que las células trabajen después de que se ha producido un daño. Las células neuronales, por ejemplo, expresan proteínas asociadas al crecimiento, como GAP-43 , tubulina , actina , una serie de nuevos neuropéptidos y citocinas que inducen una respuesta fisiológica celular para regenerarse del daño. [22] Muchos de los genes que participan en el desarrollo original de los tejidos se reinicializan durante el proceso regenerativo. Las células de los primordios de las aletas del pez cebra , por ejemplo, expresan cuatro genes de la familia homeobox msx durante el desarrollo y la regeneración. [23]

Tejidos

"Las estrategias incluyen la reorganización de tejido preexistente, el uso de células madre somáticas adultas y la desdiferenciación y/o transdiferenciación de células, y más de un modo puede operar en diferentes tejidos del mismo animal. [1] Todas estas estrategias dan como resultado el restablecimiento de la polaridad, estructura y forma tisulares apropiadas". [24] : 873  Durante el proceso de desarrollo, se activan genes que sirven para modificar las propiedades de las células a medida que se diferencian en diferentes tejidos. El desarrollo y la regeneración implican la coordinación y organización de poblaciones de células en un blastema , que es "un montículo de células madre a partir del cual comienza la regeneración". [25] La desdiferenciación de las células significa que pierden sus características específicas de tejido a medida que los tejidos se remodelan durante el proceso de regeneración. Esto no debe confundirse con la transdiferenciación de las células, que es cuando pierden sus características específicas de tejido durante el proceso de regeneración y luego se rediferencian a un tipo diferente de célula. [24]

En animales

Artrópodos

Regeneración de extremidades

Muchos artrópodos pueden regenerar extremidades y otros apéndices después de una lesión o autotomía . [26] La capacidad de regeneración está limitada por la etapa de desarrollo y la capacidad de mudar.

Los crustáceos , que mudan continuamente, pueden regenerarse a lo largo de su vida. [27] Si bien los ciclos de muda generalmente están regulados hormonalmente, la amputación de extremidades induce una muda prematura. [26] [28]

Los insectos hemimetábolos, como los grillos, pueden regenerar sus extremidades como ninfas, antes de su muda final. [29]

Los insectos holometábolos pueden regenerar apéndices como larvas antes de la muda final y la metamorfosis . Las larvas de escarabajo, por ejemplo, pueden regenerar extremidades amputadas. Las larvas de mosca de la fruta no tienen extremidades, pero pueden regenerar sus primordios de apéndice, los discos imaginales . [30] En ambos sistemas, el recrecimiento del nuevo tejido retrasa la pupación. [30] [31]

Los mecanismos subyacentes a la regeneración de las extremidades de los apéndices en insectos y crustáceos están altamente conservados. [32] Durante la regeneración de las extremidades, las especies de ambos taxones forman un blastema que prolifera y crece para reconstruir el tejido faltante. [33]

Regeneración del veneno

Se sabe que los arácnidos , incluidos los escorpiones, regeneran su veneno, aunque el contenido del veneno regenerado es diferente del veneno original durante su regeneración, ya que el volumen del veneno se reemplaza antes de que se repongan todas las proteínas activas. [34]

Modelo de mosca de la fruta

La mosca de la fruta Drosophila melanogaster es un organismo modelo útil para comprender los mecanismos moleculares que controlan la regeneración, especialmente la regeneración intestinal y de la línea germinal. [30] En estos tejidos, las células madre residentes renuevan continuamente las células perdidas. [30] La vía de señalización Hippo se descubrió en las moscas y se descubrió que era necesaria para la regeneración del intestino medio. Más tarde, esta vía de señalización conservada también resultó ser esencial para la regeneración de muchos tejidos de mamíferos, incluidos el corazón, el hígado, la piel, los pulmones y el intestino. [35]

Anélidos

Muchos anélidos (gusanos segmentados) son capaces de regenerarse. [36] Por ejemplo, Chaetopterus variopedatus y Branchiomma nigromaculata pueden regenerar partes corporales anteriores y posteriores después de la bisección latitudinal. [37] La ​​relación entre la regeneración de células madre somáticas y de línea germinal se ha estudiado a nivel molecular en el anélido Capitella teleta . [38] Las sanguijuelas , sin embargo, parecen incapaces de regeneración segmentaria. [39] Además, sus parientes cercanos, los branquiobdélidos , también son incapaces de regeneración segmentaria. [39] [36] Sin embargo, ciertos individuos, como los lumbricúlidos, pueden regenerarse a partir de solo unos pocos segmentos. [39] La regeneración segmentaria en estos animales es epimórfica y ocurre a través de la formación de blastema . [39] La regeneración segmentaria se ha ganado y perdido durante la evolución de los anélidos, como se ve en los oligoquetos , donde la regeneración de la cabeza se ha perdido tres veces separadas. [39]

Junto con la epimorfosis, algunos poliquetos como Sabella pavonina experimentan regeneración morfaláctica. [39] [40] La morfalaxis implica la desdiferenciación, transformación y rediferenciación de células para regenerar tejidos. Actualmente no se entiende bien qué tan prominente es la regeneración morfaláctica en oligoquetos . Aunque relativamente poco reportado, es posible que la morfalaxis sea un modo común de regeneración entre segmentos en anélidos. Después de la regeneración en L. variegatus , los segmentos posteriores pasados ​​a veces se vuelven anteriores en la nueva orientación del cuerpo, en consonancia con la morfalaxis.

Tras una amputación, la mayoría de los anélidos son capaces de sellar su cuerpo mediante una rápida contracción muscular. La constricción de los músculos del cuerpo puede conducir a la prevención de infecciones. En ciertas especies, como Limnodrilus , se puede observar autólisis en el ectodermo y el mesodermo a las pocas horas de la amputación . También se cree que la amputación provoca una gran migración de células al lugar de la lesión, y estas forman un tapón de la herida.

Equinodermos

La regeneración tisular está muy extendida entre los equinodermos y ha sido bien documentada en estrellas de mar (Asteroidea) , pepinos de mar (Holothuroidea) y erizos de mar (Echinoidea). La regeneración de apéndices en equinodermos ha sido estudiada desde al menos el siglo XIX. [41] Además de los apéndices, algunas especies pueden regenerar órganos internos y partes de su sistema nervioso central. [42] En respuesta a una lesión, las estrellas de mar pueden autotomizar apéndices dañados. La autotomía es la autoamputación de una parte del cuerpo, generalmente un apéndice. Dependiendo de la gravedad, las estrellas de mar pasarán por un proceso de cuatro semanas donde se regenerará el apéndice. [43] Algunas especies deben retener células de la boca para regenerar un apéndice, debido a la necesidad de energía. [44] Los primeros órganos en regenerarse, en todas las especies documentadas hasta la fecha, están asociados con el tracto digestivo. Por lo tanto, la mayor parte del conocimiento sobre la regeneración visceral en holoturias se refiere a este sistema. [45]

Planarias (Platyhelminthes)

La investigación sobre regeneración con planarias comenzó a fines del siglo XIX y fue popularizada por TH Morgan a principios del siglo XX. [44] Alejandro Sánchez-Alvarado y Philip Newmark transformaron a las planarias en un organismo genético modelo a principios del siglo XX para estudiar los mecanismos moleculares subyacentes a la regeneración en estos animales. [46] Las planarias exhiben una capacidad extraordinaria para regenerar partes corporales perdidas. Por ejemplo, una planaria dividida longitudinal o transversalmente se regenerará en dos individuos separados. En un experimento, TH Morgan descubrió que una pieza correspondiente a 1/279 de una planaria [44] o un fragmento con tan solo 10 000 células puede regenerarse con éxito en un nuevo gusano en una o dos semanas. [47] Después de la amputación, las células del muñón forman un blastema formado a partir de neoblastos , células pluripotentes que se encuentran en todo el cuerpo de la planaria. [48] ​​El tejido nuevo crece a partir de neoblastos, que representan entre el 20 y el 30% de todas las células de las planarias. [47] Trabajos recientes han confirmado que los neoblastos son totipotentes, ya que un solo neoblasto puede regenerar un animal irradiado que se ha vuelto incapaz de regenerarse. [49] Para evitar la inanición, las planarias utilizan sus propias células para obtener energía; este fenómeno se conoce como decrecimiento. [13]

Anfibios

La regeneración de las extremidades en el ajolote y el tritón ha sido ampliamente estudiada e investigada. Los estudios del siglo XIX sobre este tema se revisan en Holland (2021). [50] Los anfibios urodelos, como las salamandras y los tritones, muestran la mayor capacidad regenerativa entre los tetrápodos. [51] [50] Como tal, pueden regenerar completamente sus extremidades, cola, mandíbulas y retina a través de la regeneración epimórfica que conduce al reemplazo funcional con tejido nuevo. [52] La regeneración de las extremidades de la salamandra ocurre en dos pasos principales. Primero, las células locales se desdiferencian en el sitio de la herida en progenitoras para formar un blastema . [53] En segundo lugar, las células blastémicas experimentarán proliferación celular , patrón, diferenciación celular y crecimiento tisular utilizando mecanismos genéticos similares a los que se desplegaron durante el desarrollo embrionario. [54] En última instancia, las células blastémicas generarán todas las células para la nueva estructura. [51]

Los ajolotes pueden regenerar una variedad de estructuras, incluidas sus extremidades.

Después de la amputación, la epidermis migra para cubrir el muñón en 1-2 horas, formando una estructura llamada epitelio de la herida (WE). [55] Las células epidérmicas continúan migrando sobre el WE, lo que resulta en un centro de señalización especializado y engrosado llamado capa epitelial apical (AEC). [56] Durante los siguientes días hay cambios en los tejidos subyacentes del muñón que resultan en la formación de un blastema (una masa de células proliferantes desdiferenciadas). A medida que se forma el blastema, los genes de formación de patrones , como Hox A y HoxD, se activan como lo estaban cuando se formó la extremidad en el embrión . [57] [58] La identidad posicional de la punta distal de la extremidad (es decir, el autópodo, que es la mano o el pie) se forma primero en el blastema. Las identidades posicionales intermedias entre el muñón y la punta distal se rellenan luego a través de un proceso llamado intercalación. [57] Las neuronas motoras , los músculos y los vasos sanguíneos crecen con la extremidad regenerada y restablecen las conexiones que estaban presentes antes de la amputación. El tiempo que tarda todo este proceso varía según la edad del animal, desde aproximadamente un mes hasta alrededor de tres meses en el adulto y luego la extremidad se vuelve completamente funcional. Los investigadores del Instituto Australiano de Medicina Regenerativa de la Universidad de Monash han publicado que cuando se eliminaron los macrófagos , que se alimentan de restos materiales, [59] las salamandras perdieron su capacidad de regenerarse y formaron tejido cicatricial en su lugar. [60] La salamandra ajolote Ambystoma mexicanum , un organismo con capacidades regenerativas de extremidades excepcionales, probablemente sufre alteraciones epigenéticas en sus células de blastema que mejoran la expresión de genes involucrados en la regeneración de las extremidades. El ajolote tiene muy poca sangre y tiene un exceso de células epidérmicas. Esto permite que el área afectada luego florezca con células epidérmicas y la expresión genética continua permite que el área se regenere a su ser natural. [61]

A pesar de que históricamente son pocos los investigadores que estudian la regeneración de las extremidades, recientemente se ha logrado un progreso notable en el establecimiento del anfibio neoteno, el ajolote ( Ambystoma mexicanum ), como un organismo genético modelo. Este progreso se ha visto facilitado por los avances en genómica , bioinformática y transgénesis de células somáticas en otros campos, que han creado la oportunidad de investigar los mecanismos de importantes propiedades biológicas, como la regeneración de las extremidades, en el ajolote. [54] El Ambystoma Genetic Stock Center (AGSC) es una colonia de cría autosuficiente del ajolote apoyada por la National Science Foundation como una colección de stock vivo. Ubicado en la Universidad de Kentucky, el AGSC se dedica a proporcionar embriones, larvas y adultos de ajolote genéticamente bien caracterizados a laboratorios en todo Estados Unidos y en el extranjero. Una subvención del NCRR financiada por los NIH ha llevado al establecimiento de la base de datos EST de Ambystoma, el Proyecto Genoma de la Salamandra (SGP) que ha llevado a la creación del primer mapa genético de los anfibios y varias bases de datos moleculares anotadas, y a la creación del portal web de la comunidad de investigación. [62] En 2022, un primer mapa espaciotemporal reveló información clave sobre la regeneración cerebral del ajolote, proporcionando también la interpretación interactiva del telencéfalo regenerativo del ajolote a través del Atlas transcriptómico espaciotemporal . [63] [64]

Modelo de rana

Los anuros (ranas) sólo pueden regenerar sus extremidades durante el desarrollo embrionario. [65] Las especies reactivas de oxígeno (ROS) parecen ser necesarias para una respuesta de regeneración en las larvas de anuros. [66] La producción de ROS es esencial para activar la vía de señalización Wnt, que se ha asociado con la regeneración en otros sistemas. [66]

Una vez que el esqueleto de las extremidades se ha desarrollado en las ranas, no se produce la regeneración ( el Xenopus puede desarrollar una espiga cartilaginosa después de la amputación). [65] El Xenopus laevis adulto se utiliza como organismo modelo para la medicina regenerativa . En 2022, se demostró que un cóctel de fármacos y hormonas (1,4-DPCA, BDNF , hormona del crecimiento , resolvina D5 y ácido retinoico ), en una dosis única que dura 24 horas, desencadena la regeneración de las patas a largo plazo en X. laevis adultos . En lugar de una sola espiga, se obtiene un crecimiento en forma de paleta en el extremo de la extremidad a los 18 meses. [67]

Hidra

La hidra es un género de pólipos de agua dulce del filo Cnidaria con células madre altamente proliferativas que les dan la capacidad de regenerar todo su cuerpo. [68] Cualquier fragmento más grande que unos pocos cientos de células epiteliales que se aísle del cuerpo tiene la capacidad de regenerarse en una versión más pequeña de sí mismo. [68] La alta proporción de células madre en la hidra respalda su eficiente capacidad regenerativa. [69]

La regeneración entre las hidras ocurre como la regeneración del pie que surge de la parte basal del cuerpo, y la regeneración de la cabeza, que surge de la región apical. [68] Los tejidos de regeneración que se cortan de la región gástrica contienen polaridad, lo que les permite distinguir entre la regeneración de una cabeza en el extremo apical y un pie en el extremo basal para que ambas regiones estén presentes en el organismo recién regenerado. [68] La regeneración de la cabeza requiere una reconstrucción compleja del área, mientras que la regeneración del pie es mucho más simple, similar a la reparación de tejidos. [70] Sin embargo, tanto en la regeneración del pie como en la cabeza, hay dos cascadas moleculares distintas que ocurren una vez que el tejido está herido: la respuesta temprana a la lesión y una vía posterior impulsada por señales del tejido en regeneración que conduce a la diferenciación celular . [69] Esta respuesta temprana a la lesión incluye el estiramiento de las células epiteliales para el cierre de la herida, la migración de progenitores intersticiales hacia la herida, la muerte celular , la fagocitosis de los restos celulares y la reconstrucción de la matriz extracelular. [69]

La regeneración en la hidra se ha definido como morfalaxis, el proceso en el que la regeneración resulta de la remodelación del material existente sin proliferación celular. [71] [72] Si una hidra se corta en dos pedazos, las secciones cortadas restantes forman dos hidras completamente funcionales e independientes, aproximadamente del mismo tamaño que las dos secciones cortadas más pequeñas. [68] Esto ocurre a través del intercambio y reordenamiento de tejidos blandos sin la formación de material nuevo. [69]

Durante la regeneración de la cabeza de la hidra se producen cambios coordinados en la expresión génica y en la regulación de la cromatina . [73] Un potenciador es una secuencia corta de ADN (50–1500 pares de bases) a la que se pueden unir factores de transcripción para aumentar la transcripción de un gen en particular . En las regiones potenciadoras que se activan durante la regeneración de la cabeza, se produce comúnmente un conjunto de motivos de factores de transcripción que parecen facilitar la expresión génica coordinada. [73]

Aves (pájaros)

Debido a la limitada literatura sobre el tema, se cree que las aves tienen capacidades regenerativas muy limitadas cuando son adultas. Algunos estudios [74] sobre gallos han sugerido que las aves pueden regenerar adecuadamente algunas partes de las extremidades y, dependiendo de las condiciones en las que se produce la regeneración, como la edad del animal, la interrelación del tejido lesionado con otros músculos y el tipo de operación, puede implicar la regeneración completa de alguna estructura musculoesquelética. Werber y Goldschmidt (1909) descubrieron que el ganso y el pato eran capaces de regenerar sus picos después de una amputación parcial [74] y Sidorova (1962) observó la regeneración del hígado a través de la hipertrofia en gallos. [75] Las aves también son capaces de regenerar las células pilosas de su cóclea después de un daño por ruido o daño por fármacos ototóxicos. [76] A pesar de esta evidencia, los estudios contemporáneos sugieren que la regeneración reparadora en las especies aviares se limita a períodos durante el desarrollo embrionario. Una serie de técnicas de biología molecular han logrado manipular con éxito las vías celulares que contribuyen a la regeneración espontánea en embriones de pollo. [77] Por ejemplo, la extracción de una parte de la articulación del codo en un embrión de pollo mediante escisión en ventana o escisión en corte y la comparación de los marcadores específicos del tejido articular y los marcadores del cartílago mostraron que la escisión en ventana permitió que 10 de las 20 extremidades se regeneraran y expresaran genes articulares de manera similar a un embrión en desarrollo. Por el contrario, la escisión en corte no permitió que la articulación se regenerara debido a la fusión de los elementos esqueléticos observada por una expresión de marcadores de cartílago. [78]

De manera similar a la regeneración fisiológica del pelo en los mamíferos, las aves pueden regenerar sus plumas para reparar las dañadas o atraer parejas con su plumaje. Normalmente, los cambios estacionales asociados a las temporadas de reproducción activan una señal hormonal para que las aves comiencen a regenerar sus plumas. Esto se ha inducido experimentalmente utilizando hormonas tiroideas en las gallinas de Rhode Island. [79]

Mamíferos

Los ratones espinosos ( Acomys cahirinus , en la foto) pueden regenerar la piel, el cartílago, los nervios y los músculos.

Los mamíferos son capaces de regeneración celular y fisiológica, pero tienen generalmente poca capacidad regenerativa reparadora en todo el grupo. [1] [27] Los ejemplos de regeneración fisiológica en mamíferos incluyen renovación epitelial (por ejemplo, piel y tracto intestinal), reemplazo de glóbulos rojos, regeneración de astas y ciclo del pelo. [80] [81] Los ciervos machos pierden sus astas anualmente durante los meses de enero a abril y luego, a través de la regeneración, pueden volver a crecer como un ejemplo de regeneración fisiológica. Una cornamenta de ciervo es el único apéndice de un mamífero que puede volver a crecer cada año. [82] Si bien la regeneración reparadora es un fenómeno raro en los mamíferos, ocurre. Un ejemplo bien documentado es la regeneración de la punta del dedo distal al lecho ungueal. [83] La regeneración reparadora también se ha observado en conejos, pikas y ratones espinosos africanos. En 2012, los investigadores descubrieron que dos especies de ratones espinosos africanos , Acomys kempi y Acomys percivali , eran capaces de regenerar por completo el tejido liberado de forma autotómica o dañado de otro modo. Estas especies pueden regenerar folículos pilosos, piel, glándulas sudoríparas , pelaje y cartílago. [84] Además de estas dos especies, estudios posteriores demostraron que Acomys cahirinus podía regenerar la piel y el tejido extirpado en el pabellón auricular. [85] [86]

A pesar de estos ejemplos, se acepta generalmente que los mamíferos adultos tienen una capacidad regenerativa limitada en comparación con la mayoría de los embriones/larvas de vertebrados , salamandras adultas y peces. [87] Pero el enfoque de terapia de regeneración de Robert O. Becker , utilizando estimulación eléctrica, ha mostrado resultados prometedores para ratas [88] y mamíferos en general. [89]

Algunos investigadores también han afirmado que la cepa de ratón MRL exhibe capacidades regenerativas mejoradas. Un trabajo que compara la expresión genética diferencial de ratones MRL que cicatrizan sin cicatrices y una cepa de ratón C57BL/6 que cicatriza mal, identificó 36 genes que diferencian el proceso de curación entre ratones MRL y otros ratones. [90] [91] El estudio del proceso regenerativo en estos animales tiene como objetivo descubrir cómo duplicarlos en humanos, como la desactivación del gen p21. [92] [93] Sin embargo, un trabajo reciente ha demostrado que los ratones MRL en realidad cierran pequeños orificios de la oreja con tejido cicatricial, en lugar de regeneración como se afirmó originalmente. [85]

Los ratones MRL no están protegidos contra el infarto de miocardio ; la regeneración cardíaca en mamíferos adultos ( neocardiogénesis ) es limitada, porque las células del músculo cardíaco están casi todas diferenciadas terminalmente . Los ratones MRL muestran la misma cantidad de daño cardíaco y formación de cicatrices que los ratones normales después de un ataque cardíaco. [94] Sin embargo, estudios recientes proporcionan evidencia de que este no siempre es el caso, y que los ratones MRL pueden regenerarse después de un daño cardíaco. [95]

Humanos

Se está investigando la regeneración de tejidos u órganos perdidos en el cuerpo humano. Algunos tejidos, como la piel, se regeneran con bastante facilidad; se ha pensado que otros tienen poca o ninguna capacidad de regeneración, pero las investigaciones en curso sugieren que hay alguna esperanza para una variedad de tejidos y órganos. [1] [96] Entre los órganos humanos que se han regenerado se encuentran la vejiga, la vagina y el pene. [97]

Como todos los metazoos , los humanos son capaces de regeneración fisiológica (es decir, el reemplazo de células durante el mantenimiento homeostático que no requiere lesión). Por ejemplo, la regeneración de glóbulos rojos a través de la eritropoyesis ocurre a través de la maduración de eritrocitos a partir de células madre hematopoyéticas en la médula ósea, su posterior circulación durante unos 90 días en el torrente sanguíneo y su eventual muerte celular en el bazo. [98] Otro ejemplo de regeneración fisiológica es el desprendimiento y reconstrucción de un endometrio funcional durante cada ciclo menstrual en las mujeres en respuesta a niveles variables de estrógeno y progesterona circulantes. [99]

Sin embargo, los seres humanos tienen una capacidad limitada para la regeneración reparadora, que ocurre en respuesta a una lesión. Una de las respuestas regenerativas más estudiadas en los seres humanos es la hipertrofia del hígado después de una lesión hepática. [100] [101] Por ejemplo, la masa original del hígado se restablece en proporción directa a la cantidad de hígado extirpado después de una hepatectomía parcial, [102] lo que indica que las señales del cuerpo regulan la masa del hígado con precisión, tanto positiva como negativamente, hasta que se alcanza la masa deseada. Esta respuesta se considera regeneración celular (una forma de hipertrofia compensatoria) donde la función y la masa del hígado se regeneran a través de la proliferación de células hepáticas maduras existentes (principalmente hepatocitos ), pero no se recupera la morfología exacta del hígado. [101] Este proceso está impulsado por vías reguladas por factores de crecimiento y citocinas. [100] La secuencia normal de inflamación y regeneración no funciona con precisión en el cáncer. Específicamente, la estimulación de las células por citocinas conduce a la expresión de genes que cambian las funciones celulares y suprimen la respuesta inmune. [103]

La neurogénesis adulta también es una forma de regeneración celular. Por ejemplo, la renovación de las neuronas del hipocampo ocurre en humanos adultos normales a una tasa de recambio anual del 1,75% de las neuronas. [104] Se ha descubierto que la renovación de los miocitos cardíacos ocurre en humanos adultos normales, [105] y a una tasa más alta en adultos después de una lesión cardíaca aguda como un infarto. [106] Incluso en el miocardio adulto después de un infarto, la proliferación solo se encuentra en alrededor del 1% de los miocitos alrededor del área de la lesión, lo que no es suficiente para restaurar la función del músculo cardíaco . Sin embargo, esto puede ser un objetivo importante para la medicina regenerativa, ya que implica que se puede inducir la regeneración de los cardiomiocitos y, en consecuencia, del miocardio.

Otro ejemplo de regeneración reparadora en humanos es la regeneración de la punta de los dedos, que ocurre después de la amputación de la falange distal al lecho ungueal (especialmente en niños) [107] [108] y la regeneración de las costillas, que ocurre después de una osteotomía para el tratamiento de la escoliosis (aunque generalmente la regeneración es solo parcial y puede tardar hasta un año). [109]

Otro ejemplo de regeneración en humanos es la regeneración del conducto deferente , que ocurre después de una vasectomía y que da como resultado el fracaso de la vasectomía. [110]

Reptiles

La capacidad y el grado de regeneración en reptiles difiere entre las distintas especies (ver [111] ), pero la ocurrencia más notable y mejor estudiada es la regeneración de la cola en lagartijas . [112] [113] [114] Además de en lagartijas, se ha observado regeneración en las colas y el hueso maxilar de cocodrilos y también se ha notado neurogénesis adulta. [112] [115] [116] La regeneración de la cola nunca se ha observado en serpientes , pero ver. [111] Las lagartijas poseen la mayor capacidad regenerativa como grupo. [113] [114] [117] Después de la pérdida autótona de la cola, la regeneración epimórfica de una nueva cola procede a través de un proceso mediado por blastema que da como resultado una estructura funcional y morfológicamente similar. [112] [113]

Condrictios

Se ha estimado que un tiburón promedio pierde entre 30.000 y 40.000 dientes a lo largo de su vida. Los tiburones leopardo reemplazan sus dientes rutinariamente cada 9 a 12 días, lo que constituye un ejemplo de regeneración fisiológica. Esto puede ocurrir porque los dientes del tiburón no están adheridos a un hueso, sino que se desarrollan dentro de una cavidad ósea. [74]

Se ha estudiado la regeneración de la rodopsina en rayas. Después de un fotoblanqueo completo, la rodopsina puede regenerarse completamente en dos horas en la retina . [118]

Los tiburones bambú blancos pueden regenerar al menos dos tercios de su hígado y esto se ha relacionado con tres micro ARN, xtr-miR-125b, fru-miR-204 y has-miR-142-3p_R-. En un estudio, se extirparon dos tercios del hígado y en 24 horas más de la mitad del hígado había sufrido hipertrofia . [119]

Algunos tiburones pueden regenerar escamas e incluso piel después de sufrir una herida. En el plazo de dos semanas después de la herida, se secreta moco en la herida y esto inicia el proceso de curación. Un estudio mostró que la mayor parte de la zona herida se regeneró en un plazo de cuatro meses, pero la zona regenerada también mostró un alto grado de variabilidad. [120]

Véase también

Notas

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Fuentes

Lectura adicional

Enlaces externos

Wikiquote tiene citas relacionadas con Regeneración (biología) .
Wikisource tiene el texto del artículo de la Encyclopædia Britannica de 1911 " Regeneración de piezas perdidas ".