Cuando los músculos se ejercitan ayudan a las neuronas a crecer, según un nuevo estudio

Los beneficios del ejercicio sobre el cuerpo están bien descritos en muchos aspectos, ya que la actividad regular no sólo fortalece los músculos, sino que puede reforzar los huesos, los vasos sanguíneos y el sistema inmunitario.

Ahora, ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachsetts (MIT), en Estados Unidos) han descubierto que el ejercicio también puede tener beneficios a nivel de neuronas individuales.

Así, observaron que cuando los músculos se contraen durante el ejercicio, liberan una 'sopa' de señales bioquímicas llamadas mioquinas. En presencia de estas señales generadas por los músculos, las neuronas crecían cuatro veces más en comparación con las neuronas que no estaban expuestas a las mioquinas. Estos experimentos a nivel celular sugieren que el ejercicio puede tener un efecto bioquímico significativo sobre el crecimiento nervioso.

Sorprendentemente, también descubrieron que las neuronas no sólo responden a las señales bioquímicas del ejercicio, sino también a sus impactos físicos. El equipo observó que cuando se tira repetidamente de las neuronas hacia delante y hacia atrás, de forma similar a como se contraen y expanden los músculos durante el ejercicio, las neuronas crecen tanto como cuando se exponen a las mioquinas de un músculo.

Aunque estudios anteriores habían indicado una posible relación bioquímica entre la actividad muscular y el crecimiento nervioso, este estudio es el primero que demuestra que los efectos físicos pueden ser igual de importantes, afirman los investigadores.

Los resultados, que se publican en la revista 'Advanced Healthcare Materials', arrojan luz sobre la conexión entre músculos y nervios durante el ejercicio y podrían servir de base a terapias relacionadas con el ejercicio para reparar nervios dañados y deteriorados.

"Ahora que sabemos que existe esta diafonía músculo-nerviosa, puede ser útil para tratar lesiones nerviosas, en las que se interrumpe la comunicación entre el nervio y el músculo --explica Ritu Raman, catedrático adjunto de Ingeniería Mecánica Eugene Bell del MIT--. Quizá si estimulamos el músculo, podríamos animar al nervio a curarse y devolver la movilidad a quienes la han perdido por lesiones traumáticas o enfermedades neurodegenerativas".

En 2023, Raman y sus colegas informaron de que podían devolver la movilidad a ratones que habían sufrido una lesión muscular traumática, implantando primero tejido muscular en el lugar de la lesión y ejercitando después el nuevo tejido estimulándolo repetidamente con luz.

Con el tiempo, comprobaron que el injerto ejercitado ayudaba a los ratones a recuperar su función motora, alcanzando niveles de actividad comparables a los de los ratones sanos.

Cuando los investigadores analizaron el propio injerto, vieron que el ejercicio regular estimulaba el músculo injertado para que produjera determinadas señales bioquímicas conocidas por favorecer el crecimiento de nervios y vasos sanguíneos.

"Eso fue interesante porque siempre pensamos que los nervios controlan el músculo, pero no pensamos que los músculos respondan a los nervios --dice Raman--. Así que empezamos a pensar que estimular los músculos fomentaba el crecimiento de los nervios. Y la gente respondió que tal vez fuera así, pero hay cientos de otros tipos de células en un animal, y es realmente difícil demostrar que el nervio crece más gracias al músculo, en lugar de que el sistema inmunitario u otra cosa desempeñe un papel".

En su nuevo estudio, el equipo se propuso determinar si ejercitar los músculos tiene algún efecto directo sobre cómo crecen los nervios, centrándose únicamente en el tejido muscular y nervioso. Cultivaron células musculares de ratón hasta convertirlas en fibras largas que luego se fusionaron para formar una pequeña lámina de tejido muscular maduro del tamaño de una pequeña moneda.

El equipo modificó genéticamente el músculo para que se contrajera en respuesta a la luz. Con esta modificación, el equipo podía encender una luz repetidamente, haciendo que el músculo se contrajera en respuesta, de una manera que imitaba el acto de hacer ejercicio.

Raman ya había desarrollado una novedosa estera de gel para cultivar y ejercitar tejido muscular. Las propiedades del gel son tales que puede sostener el tejido muscular y evitar que se desprenda cuando los investigadores estimulan el músculo para que haga ejercicio.

A continuación, el equipo recogió muestras de la solución circundante en la que se ejercitaba el tejido muscular, pensando que la solución debía contener mioquinas, incluidos factores de crecimiento, ARN y una mezcla de otras proteínas.

"Yo pensaría en las mioquinas como una 'sopa' bioquímica de cosas que segregan los músculos, algunas de las cuales podrían ser buenas para los nervios y otras que podrían no tener nada que ver con los nervios --explica Raman--. Los músculos segregan mioquinas casi siempre, pero cuando los ejercitas, producen más".

El equipo transfirió la solución de mioquinas a otra placa que contenía motoneuronas, nervios de la médula espinal que controlan los músculos implicados en el movimiento voluntario.

Cultivaron las neuronas a partir de células madre derivadas de ratones. Al igual que con el tejido muscular, las neuronas se cultivaron en una esterilla de gel similar. Tras exponer las neuronas a la mezcla de mioquinas, el equipo observó que empezaban 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*, resalta Raman.

Para ver más de cerca cómo cambiaban las neuronas en respuesta a las mioquinas inducidas por el ejercicio, el equipo realizó un análisis genético, extrayendo ARN de las neuronas para ver si las mioquinas inducían algún cambio en la expresión de ciertos genes neuronales.

"Vimos que muchos de los genes regulados al alza en las neuronas estimuladas por el ejercicio no sólo estaban relacionados con el crecimiento neuronal, sino también con la maduración de las neuronas, lo bien que se comunican con los músculos y otros nervios, y lo maduros que están los axones --explica Raman--. El ejercicio parece influir no sólo en el crecimiento de las neuronas, sino también en su madurez y buen funcionamiento".

Los resultados sugieren que los efectos bioquímicos del ejercicio pueden favorecer el crecimiento neuronal. Entonces el grupo se preguntó: ¿Podrían los efectos puramente físicos del ejercicio tener un beneficio similar?

"Las neuronas están unidas físicamente a los músculos, por lo que también se estiran y se mueven con ellos --explica Raman--. También queríamos ver si, incluso en ausencia de señales bioquímicas del músculo, podíamos estirar las neuronas hacia delante y hacia atrás, imitando las fuerzas mecánicas del ejercicio, y si eso también podía influir en el crecimiento".

Para responder a esta pregunta, los investigadores un conjunto diferente de motoneuronas en una esterilla de gel a la que incrustaron imanes diminutos. A continuación, utilizaron un imán externo para sacudir la esterilla -y las neuronas- de un lado a otro.

De este modo, '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 la mioquina, creciendo significativamente más que las neuronas que no recibían ninguna forma de ejercicio.

"Es una buena señal porque nos dice que tanto los efectos bioquímicos como los físicos del ejercicio son igual de importantes", afirma Raman.

Ahora que el grupo ha demostrado que el ejercicio muscular puede promover el crecimiento nervioso a nivel celular, planean estudiar cómo puede utilizarse la estimulación muscular dirigida para hacer crecer y curar nervios dañados, y restaurar la movilidad de las personas que padecen una enfermedad neurodegenerativa como la ELA.