Quan els músculs s'exerciten ajuden les neurones a créixer, segons un nou estudi

Els beneficis de l'exercici sobre el cos estan ben descrits en molts aspectes, ja que l'activitat regular no sols enforteix els músculs, sinó que pot reforçar els ossos, els vasos sanguinis i el sistema immunitari.

Ara, enginyers de l'Institut Tecnològic de Massachsetts (MIT), als Estats Units) han descobert que l'exercici també pot tenir beneficis a nivell de neurones individuals.

Així, van observar que quan els músculs es contrauen durant l'exercici, alliberen una sopa de senyals bioquímics anomenats mioquins. En presència d'aquests senyals generats pels músculs, les neurones creixien quatre vegades més en comparació de les neurones que no estaven exposades a les mioquines. Aquests experiments a nivell cel·lular suggereixen que lexercici pot tenir un efecte bioquímic significatiu sobre el creixement nerviós.

Sorprenentment, també van descobrir que les neurones no només responen als senyals bioquímics de l'exercici, sinó també als impactes físics. L'equip va observar que quan es tira repetidament de les neurones cap endavant i cap enrere, de manera similar a com es contrauen i expandeixen els músculs durant l'exercici, les neurones creixen tant com quan s'exposen a les mioquines d'un múscul.

Tot i que estudis anteriors havien indicat una possible relació bioquímica entre l'activitat muscular i el creixement nerviós, aquest estudi és el primer que demostra que els efectes físics poden ser importants, afirmen els investigadors.

Els resultats, que es publiquen a la revista 'Advanced Healthcare Materials', donen llum sobre la connexió entre músculs i nervis durant l'exercici i podrien servir de base a teràpies relacionades amb l'exercici per reparar nervis danyats i deteriorats.

"Ara que sabem que existeix aquesta diafonia musculonerviosa, pot ser útil per tractar lesions nervioses, en què s'interromp la comunicació entre el nervi i el múscul --explica Ritu Raman, catedràtic adjunt d'Enginyeria Mecànica Eugene Bell del MIT-- . Potser si estimulem el múscul, podríem animar el nervi a curar-se i tornar la mobilitat als qui l'han perdut per lesions traumàtiques o malalties neurodegeneratives”.

El 2023, Raman i els seus col·legues van informar que podien tornar la mobilitat a ratolins que havien patit una lesió muscular traumàtica, implantant primer teixit muscular al lloc de la lesió i exercitant després el nou teixit estimulant-ho repetidament amb llum.

Amb el temps, van comprovar que l'empelt exercitat ajudava els ratolins a recuperar la seva funció motora, assolint nivells d'activitat comparables als dels ratolins sans.

Quan els investigadors van analitzar el mateix empelt, van veure que l'exercici regular estimulava el múscul empeltat perquè produís determinats senyals bioquímics coneguts per afavorir el creixement de nervis i vasos sanguinis.

"Això va ser interessant perquè sempre vam pensar que els nervis controlen el múscul, però no pensem que els músculs responguin als nervis --diu Raman--. Així que vam començar a pensar que estimular els músculs fomentava el creixement dels nervis. I la gent va respondre que potser fos així, però hi ha centenars d'altres tipus de cèl·lules en un animal, i és realment difícil demostrar que el nervi creix més gràcies al múscul, en lloc que el sistema immunitari o una altra cosa exerceixi un paper".

Al seu nou estudi, l'equip es va proposar determinar si exercitar els músculs té algun efecte directe sobre com creixen els nervis, centrant-se únicament en el teixit muscular i nerviós. Van conrear cèl·lules musculars de ratolí fins a convertir-les en fibres llargues que després es van fusionar per formar una petita làmina de teixit muscular madur de la mida d'una petita moneda.

L'equip va modificar genèticament el múscul perquè es contragués en resposta a la llum. Amb aquesta modificació, l'equip podia encendre una llum repetidament, fent que el múscul es contragués en resposta, d'una manera que imitava l'acte de fer exercici.

Raman ja havia desenvolupat una nova estora de gel per cultivar i exercitar teixit muscular. Les propietats del gel són tals que pot sostenir el teixit muscular i evitar que es desprengui quan els investigadors estimulen el múscul perquè faci exercici.

Tot seguit, l'equip va recollir mostres de la solució circumdant en què s'exercitava el teixit muscular, pensant que la solució havia de contenir mioquines, inclosos factors de creixement, ARN i una barreja d'altres proteïnes.

"Jo pensaria en les mioquines com una 'sopa' bioquímica de coses que segreguen els músculs, algunes de les quals podrien ser bones per als nervis i altres que podrien no tenir res a veure amb els nervis --explica Raman--. Els músculs segreguen mioquines gairebé sempre, però quan els exercites produeixen més”.

L'equip va transferir la solució de mioquines a una altra placa que contenia motoneurones, nervis de la medul·la espinal que controlen els músculs implicats en el moviment voluntari.

Van cultivar les neurones a partir de cèl·lules mare derivades de ratolins. quatre vegades més ràpid que les neurones que no van rebre la solució bioquímica.

"Creixen molt més i més ràpid, i l'efecte és força immediat*", ressalta Raman.

Per veure més de prop com canviaven les neurones en resposta a les mioquines induïdes per l'exercici, l'equip va fer una anàlisi genètica, extraient ARN de les neurones per veure si les mioquines induïen algun canvi en l'expressió de certs gens neuronals.

"Vam veure que molts dels gens regulats a l'alça a les neurones estimulades per l'exercici no només estaven relacionats amb el creixement neuronal, sinó també amb la maduració de les neurones, com es comuniquen amb els músculs i altres nervis, i els madurs que hi ha els axons --explica Raman--. L'exercici sembla influir no només en el creixement de les neurones, sinó també en la maduresa i el bon funcionament”.

Els resultats suggereixen que els efectes bioquímics de lexercici poden afavorir el creixement neuronal. Aleshores el grup es va preguntar: Podrien els efectes purament físics de l'exercici tenir un benefici similar?

"Les neurones estan unides físicament als músculs, i per això també s'estiren i es mouen amb ells --explica Raman--. També volíem veure si, fins i tot en absència de senyals bioquímics del múscul, podíem estirar les neurones cap endavant i cap al darrere, imitant les forces mecàniques de l'exercici, i si això també podia influir en el creixement”.

Per respondre aquesta pregunta, els investigadors un conjunt diferent de motoneurones en una estoreta de gel a la qual van incrustar imants diminuts. A continuació, van utilitzar un imant extern per sacsejar l'estoreta -i les neurones- d'una banda a l'altra.

D'aquesta manera, van exercitar les neurones durant 30 minuts al dia. Per sorpresa seva, van descobrir que aquest exercici mecànic estimulava les neurones a créixer tant com les neurones induïdes per la mioquina, creixent significativament més que les neurones que no rebien cap forma d'exercici.

"És un bon senyal perquè ens diu que tant els efectes bioquímics com els físics de l'exercici són igual d'importants", afirma Raman.

Ara que el grup ha demostrat que l'exercici muscular pot promoure el creixement nerviós a nivell cel·lular, planegen estudiar com es pot utilitzar l'estimulació muscular dirigida per fer créixer i guarir nervis danyats, i restaurar la mobilitat de les persones que pateixen una malaltia neurodegenerativa com la ELA.