No hay duda de que el ejercicio es bueno para el organismo. La actividad regular no sólo fortalece los músculos, sino que también puede fortalecer los huesos, los vasos sanguíneos y el sistema inmunológico.
Ahora, los ingenieros del MIT han descubierto que el ejercicio también puede tener beneficios a nivel de neuronas individuales. Se dieron cuenta de que cuando los músculos se contraen durante el ejercicio, liberan una sopa de señales bioquímicas llamadas miocinas. En presencia de estas señales generadas por los músculos, las neuronas crecieron cuatro veces más en comparación con las neuronas que no estuvieron expuestas a las mioquinas. Estos experimentos a nivel celular sugieren que el ejercicio puede tener un efecto bioquímico importante sobre el crecimiento neuronal.
Sorprendentemente, los investigadores también descubrieron que las neuronas responden no sólo a las señales bioquímicas del ejercicio, sino también a sus efectos físicos. El equipo observó que cuando las neuronas se empujan repetidamente hacia adelante y hacia atrás, de manera similar a cómo los músculos se contraen y expanden durante el ejercicio, las neuronas crecen tanto como cuando se exponen a las miocinas de un músculo.
Si bien estudios anteriores han demostrado un posible vínculo bioquímico entre la actividad muscular y el crecimiento de los nervios, este estudio es el primero en mostrar que los efectos físicos pueden ser igualmente importantes, afirman los investigadores. Los resultados, que son publicado hoy en la revista Materiales sanitarios avanzadosarroja luz sobre la conexión entre los músculos y los nervios durante el ejercicio y puede informar sobre terapias relacionadas con el ejercicio para reparar los nervios dañados y deteriorados.
“Ahora que sabemos que existe esta conexión músculo-nervio, podría ser útil para tratar cosas como daños a los nervios, donde se interrumpe la comunicación entre el nervio y el músculo”, dice Ritu Raman, profesor asistente de desarrollo profesional de ingeniería mecánica en el MIT Eugene Bell. . . “Quizás si estimulamos el músculo, podamos estimular la curación del nervio y devolverle la movilidad a quienes la han perdido debido a lesiones traumáticas o enfermedades neurodegenerativas”.
Raman es el autor principal del nuevo estudio, que incluye a Angel Bu, Ferdows Afghah, Nicolas Castro, Maheera Bawa, Sonika Kohli, Karina Shah y Brandon Rios del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT, y Vincent Butty del Instituto Koch para el Cáncer Integrativo de MI. Investigación.
hablar con los musculos
En 2023, Raman y sus colegas informaron que podían restaurar la movilidad en ratones que habían experimentado una lesión muscular traumática implantando primero tejido muscular en el lugar de la lesión y luego ejercitando el tejido nuevo estimulándolo repetidamente con luz. Con el tiempo, descubrieron que el injerto ejercitado ayudó a los ratones a recuperar su función motora, alcanzando niveles de actividad comparables a los de ratones sanos.
Cuando los investigadores analizaron el trasplante en sí, parecía que el ejercicio regular estimulaba el músculo injertado para producir ciertas señales bioquímicas que se sabe que promueven el crecimiento de nervios y vasos sanguíneos.
“Esto fue interesante porque siempre pensamos que los nervios controlan los músculos, pero no creemos que los músculos vayan acompañados de los nervios”, dice Raman. “Así que empezamos a pensar que la estimulación muscular fomentaba el crecimiento de los nervios. Y la gente respondió que tal vez lo sea, pero hay cientos de otros tipos de células en un animal, y es realmente difícil demostrar que el nervio crece más debido al músculo, en lugar de que el sistema inmunológico u otra cosa desempeñe un papel. “
En su nuevo estudio, el equipo se propuso determinar si el entrenamiento muscular tiene algún efecto directo sobre cómo crecen los nervios, centrándose sólo en el tejido muscular y nervioso. Los investigadores cultivaron células musculares de ratón hasta convertirlas en fibras largas que luego se fusionaron para formar una pequeña lámina de tejido muscular maduro de aproximadamente una cuarta parte.
El equipo modificó genéticamente el músculo para que se contrajera en respuesta a la luz. Con esta modificación, el equipo pudo encender una luz repetidamente, provocando que los músculos se contrajeran en respuesta, de una manera que imitaba el acto de ejercicio. Raman desarrolló previamente una nueva capa de gel sobre la cual crecer y ejercitar el tejido muscular. Las propiedades del gel son tales que puede sostener el tejido muscular y evitar que se pele después de que los investigadores estimularon los músculos para que se ejercitaran.
Luego, el equipo recolectó muestras de la solución circundante en la que se ejercitaba el tejido muscular, pensando que la solución debería contener miocinas, incluidos factores de crecimiento, ARN y una mezcla de otras proteínas.
“Yo pensaría en las miocinas como una sopa bioquímica de cosas que secretan los músculos, algunas de las cuales pueden ser buenas para los nervios y otras pueden no tener nada que ver con los nervios”, dice Raman. “Los músculos casi siempre secretan mioquinas, pero cuando los ejercitas, producen más”.
“El ejercicio como medicina”
El equipo transfirió la solución de mioquinas a un plato especial que contiene neuronas motoras, nervios que se encuentran en la médula espinal y que controlan los músculos implicados en el movimiento voluntario. Los investigadores cultivaron neuronas a partir de células madre extraídas de ratones. Al igual que con el tejido muscular, las neuronas se cultivaron sobre una capa de gel similar. Después de que las neuronas fueron expuestas a la mezcla de mioquinas, el equipo notó que comenzaron a crecer rápidamente, cuatro veces más rápido que las neuronas que no recibieron la solución bioquímica.
“Crecen mucho más y más rápido, y el efecto es bastante inmediato”, señala Raman.
Para observar más de cerca cómo cambiaron las neuronas en respuesta a las miocinas inducidas por el ejercicio, el equipo realizó un análisis genético, extrayendo ARN de las neuronas para ver si las mioquinas causaban algún cambio en la expresión de ciertos genes neuronales.
“Vimos que muchos de los genes regulados en las neuronas estimuladas por el ejercicio estaban relacionados no sólo con el crecimiento de las neuronas, sino también con la maduración de las neuronas, qué tan bien se comunican con otros músculos y nervios, y qué tan maduros son los axones. son”, dice Raman. . “El ejercicio parece afectar no sólo el crecimiento de las neuronas, sino también su madurez y su buen funcionamiento”.
Los resultados sugieren que los efectos bioquímicos del ejercicio pueden promover el crecimiento neuronal. Entonces el grupo se preguntó: ¿Podrían los efectos puramente físicos del ejercicio tener un beneficio similar?
“Las neuronas están físicamente conectadas a los músculos, por lo que también se estiran y se mueven con los músculos”, dice Raman. “También queríamos ver, incluso en ausencia de señales bioquímicas de los músculos, ¿podíamos estirar las neuronas hacia adelante y hacia atrás, imitando las fuerzas mecánicas (de ejercicio), y si eso también tendría un impacto en el crecimiento?”
Para responder a esto, los investigadores desarrollaron un conjunto diferente de neuronas motoras en una capa de gel, a la que incrustaron con pequeños imanes. Luego utilizaron un imán externo para mover la alfombra (y las neuronas) hacia adelante y hacia atrás. De esta forma, “ejercitaron” las neuronas, durante 30 minutos al día. Para su sorpresa, descubrieron que este ejercicio mecánico estimulaba a las neuronas a crecer tanto como las neuronas inducidas por mioquinas, creciendo significativamente más que las neuronas que no recibieron ningún tipo de ejercicio.
“Esta es una buena señal porque nos dice que los efectos bioquímicos y físicos del ejercicio son igualmente importantes”, dice Raman.
Ahora que el grupo ha demostrado que ejercitar los músculos puede estimular el crecimiento de los nervios a nivel celular, planean estudiar cómo se puede utilizar la estimulación muscular dirigida para hacer crecer y curar los nervios dañados y restaurar la movilidad de las personas que viven con una enfermedad neurodegenerativa como ELA.
“Este es sólo nuestro primer paso hacia la comprensión y el control del ejercicio como medicina”, dice Raman.
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