Conferencia de neuroprotección

NEUROPROTECCIÓN
JORGE DAZA BARRIGA
PROFESOR TITULAR UNIVERSIDAD LIBRE
EX PRESIDENTE ACED
EXPRESIDENTE ACN
SERVICIO DE NEUROLOGIA ESE CARI ALTA COMPLEJIDAD

NEUROPROTECCIÓN
• Efecto de cualquier sustancia o molécula
química o biológica:
– Efectos protectores en el sistema nervioso
• Previenen
• Mitigan o retrasan los procesos neurodegenerativos
• Enfermedades como el Alzeimer o lesiones cerebrales.
– Neuroprotectores evitan muerte de neuronas
(apoptosis) o su degeneración.

NEUROPROTECCIÓN
MECANISMOS DE ACCIÓN
• Antiapoptosis; inhibidores de la caspasa.
• Antiinflamatorios.
• Antioxidantes (por ejemplo, la minociclina).
• Agentes bloqueadores del receptor del ácido
glutámico; antagonistas de los receptores NMDA (por
ejemplo, el acamprosato); agonistas de los
receptores GABA.
• Factores tróficos - CNTF, IGF-1, VEGF, GDNF.
• Agentes anti-proteínicos de agregación.
• Aumento de energía libre cerebral (por ejemplo,
creatina o coenzima Q10).

NEUROPROTECCIÓN
...el tratamiento neuroprotector está ideado
para interferir con una cascada de eventos
celulares que producen la muerte celular:
Liberación de neuro-transmisores
excitatorios, aumento de calcio, producción de
productos tóxicos que incluyen óxido nítrico,
radicales libres y activación de fosfolipasas.
Tratado de Medicina Crítica y Terapia Intensiva Shoemaker w, 4ta Ed. 2002 pp 1855

TRATAMIENTO DE LA FASE AGUDA
• Objetivo fundamental, defender la zona
de penumbra isquémica.
• Unidades de “stroke”
• Ventana terapéutica, minimizar las
reacciones metabólicas que conducen a
la muerte neuronal
• El tratamiento de elección en cada
paciente es individualizado.

TRATAMIENTO DE LA FASE AGUDA
Las metas del tto son:
- Observar la evolución del pcte
- Tratar las posibles complicaciones de la trombolisis.
- Mejorar los resultados después del STROKE
- Prevenir las complicaciones subagudas
- Iniciar prevención secundaria
- Rehabilitación

MANEJO ACV AGUDO
MONITOREO CARDIACO
• Riesgo de cardiopatía isquémica y arritmias
Hemisferio derecho
• EKG: ST, QRS, T (-) y
ondas “U”
• Causa F.A Complicación
• MONITOREO AL MENOS
24 HORAS. IB
24

ENFERMEDAD VASCULAR CEREBRAL
• EMPOBRECE EL
PRONÓSTICO
• AUMENTA EL
METABOLISMO
• AUMENTA
RADICALES LIBRES
• CAUSA O
CONSECUENCIA
• USO DE
ANTIPIRETICOS. IC
• NEUROPROTECTOR
IIIB
• REDUCE AGOTAMIENTO
DE LAS RESERVAS
• REDUCE AC. CELULAR
• REDUCE ENTRADA DE
CALCIO
• REDUCE RADICALES
LIBRES
• REDUCE A.A
EXCITATORIOS
To

HIPO E HIPER GLICEMIA
• MIMETIZA CUADRO
CLINICO DE STROKE
• CAUSA INJURIA
CEREBRAL
• TTO OPORTUNO
IC
• 1/3 PTES CON
HIPERGLICEMIA AL
INGRESO
• POBRE PRONÓSTICO
• > 200MG 1AS 24 HORAS
EXTENSIÓN DEL ECV
• MANEJO AGRESIVO Y
MONITOREO, REDUCE
COMPLICACIONES
GLICEMIA
niveles 80 – 140 mg/dl

HTA
• 60% Pctes = TA > 160mmHg
• Aumento del riesgo de
deterioro neurológico 40% y
23% pobre pronóstico
cada 10mm > 180mmHg
• TTO antihipertensivo?
• TAS > 185mmHg o TAD > 110
mmHg NO rtPA
• 15 – 25% de TAM en el primer
dia IC
• > riesgo de transformación
hemorrágico

MECANISMOS DE MUERTE CELULAR
Existen dos mecanismos de muerte celular la necrosis y la
apoptosis.
• Necrosis es un fenómeno pasivo: déficit energético y por la
activación de enzimas líticas con destrucción celular.
• Apoptosis proceso activo inicio de señales específicas y de la
expresión selectiva de determinados genes.
• Ambos están implicados en el daño cerebral por las isquemia

MORFOLOGIA DE LA APOPTOSIS
1. Fase de Precondensación. Genes de transcripción y translación
activa en proteínas y enzimas.
2. Fase de Condensación. Reducción del volumen de núcleo y
citoplasma
a. Condensación de la cromatina en el margen nuclear.
b. Pérdida de las interacciones entre la célula apoptótica y las vecinas.
3. Fase de Fragmentación.
Degrada el DNA por endonucleasas dependientes de calcio y
magnesio
Cuerpos apoptóticos: Patrón en escalera en la electroforesis.
Núcleo se hace picnótico.
4. Fase de Fagocitosis.
Fagocitosis: Enzimas lisosomales de las células vecinas:
No inflamatoria

CASCADA ISQUÉMICA
1. Reducción del flujo sanguíneo cerebral:
a. Las reservas energéticas de la célula se acaban.
b. No es posible mantener el potencial de reposo de la membrana plasmática Þ
c. Despolarización por dos mecanismos:
a. Falla de la ATPasa Na+/K+
b. Liberación presináptica: Glutamato.
a. Acción en receptor N-Metil D-Aspartato (NMDA) el que está acoplado a un canal iónico que permite
el ingreso de sodio y calcio a la célula.
b. Proteasas intracelulares:
c. Radicales Libres
d. Oxido nítrico
c. Núcleo celular:
a. Expresión génica de citoquinas:
b. Factor de Necrosis Tumoral,
c. Interleukina-1,
d. moléculas de adhesión intercelular
a. Proceso inflamatorio
b. Aumento de permeabilidad
c. Migración de células inflamatorias.
e. Leucocitos que se adhieren a la microvasculatura,
d. Apoptosis celular

PAPEL DEL CALCIO EN MUERTE
NEURONAL
• Activan distintas enzimas:
– Fosfolipasa A: Ácido Araquidónico:
• Formando radicales libres.
– Fosfolipasa C: Libera calcio intracelular y aumenta
la síntesis de Óxido Nítrico.
– Calpaína: Proteólisis del citoesqueleto.
– Complejo Calcio-Calmodulina:
• Proteínas Kinasas : Kinasa II, Proteína Kinasa C
• Fosforilan proteínas y alteran la homeostasis neuronal.

Interaction of calcium in neuroprotection and oxygen-sensing mechanisms in vertebrate neurons.
Rapid responses to hypoxia are shown in red and more slowly developing responses are shown in blue. (+) indicates a potentiating effect on the target, (–) indicates an inhibitory one. Oxygen interacts with a variety of target
molecules, both at the cell surface, e.g. NMDA receptors (Bickler et al., 2003), K+ channels and NADPH oxidase (Prabhakar and Overholt, 2000), and in the cytosol (e.g. HIF-1 and related proteins; Semenza, 1999) in processes
that require Ca2+ (Mottet et al., 2003). Hypoxia has indirect effects mediated by changes in the bioenergetic state of mitochondria that involve Ca2+ (Berridge et al., 2000; Bickler et al., 2000) and reactive oxygen species
(ROS) (Haddad and Land, 2000). Signaling via the tyrosine-kinase receptor family also requires Ca2+ and results in activation of Akt, an inhibitor of apoptosis (Cheng et al., 2003). Growth factors (Nicole et al., 2001), cytokines
and inorganic ions (Millhorn et al., 2000) also may modulate neuronal responses to hypoxia and depend on appropriate [Ca2+]i for their action. Many of these signals converge on calcium-dependent MAP kinase cassettes
including the ERK, JNK and p38 pathways (Mattson, 1997; Minet et al., 2000; Semenza, 1999).
This figure was modified from Bickler and Donohoe (2002).

A.C.V.
ISQUÉMICO HEMORRÁGICO

EVOLUCION EN EL ACV AGUDO
“CINTA INSULAR"

EVOLUCION EN EL ACV AGUDO
“OSCURECIMIENTO"

TROMBOLISIS INTRAVENOSA
• rtPA único aprobado por la FDA.
• Mejores resultados dentro de las 3
primeras horas, tto temprano 90 min
más beneficioso.
• Ptes con pobre pronóstico NIHSS >
22 han mostrado mejoría.

TROMBOLISIS INTRA ARTERIAL
Las guías de 2003 llegaron a la conclusión de que la
administración intra-arterial
de por lo menos un agente trombolítico específicos,
recombinante
Prourokinase, parece ser de algún beneficio en el
tratamiento de
cuidadosamente seleccionados pacientes con ictus
isquémico agudo secundario
a la oclusión de la ACM.

Estudio NINDS rt-PA:
• NINDS rtPA Stroke Study, in which 624
patients with ischemic stroke were treated
with placebo or rtPA (0.9 mg/kg IV, maximum
90 mg) within 3 hours of symptom onset,
with approximately one half treated within
90 minutes
End point was neurological improvement at
24 hours,

NEUROPROTECCIÓN
• El bloqueo de los trastornos metabólicos de la
cascada isquémica con el objeto de evitar o al
menos paliar la muerte celular

Inducción Amplificación Expresión
Neurotoxicidad
Bloqueo de:
Glutamato
Unión al NMDA
Regulación de
los canales de
ca dependientes
de voltaje
Inhibir
radicales
libres

Antagonista de los canales de Ca
• La Nimodipina actúa bloqueando los receptores tipo L.
• Previene el vasoespasmo secundario a hemorragia
subaracnoidea
• INWEST .
• Estudio VENUS
• No existe evidencia que apoye que el uso de
calcioantagonistas en el infarto cerebral agudo sea de
utilidad.

GLUTAMATO, RECEPTORES
NMDA Y AMPA/KAINATO
• Existen dos grandes familias de
receptores del glutamato, los NMDA
y los no NM-DA
• Se han realizado ensayos clínicos
con antagonistas del glutamato, o
contra receptores NMDA o contra
receptores no-NMDA

LIBERACIÓN PRESINÁPTICA DE
GLUTAMATO
Bloqueadores de los canales de sodio
- El lubeluzol reduce la excitotoxicidad post-isquémica, en
un estudio recientemente falló en demostrar eficacia y
seguridad.
- La lamotrigina, un anticonvulsivante bloquea los canales
de sodio dependientes de voltaje. Puede ser de
beneficio en isquemia cerebral aguda.

LIBERACIÓN PRESINÁPTICA DE
GLUTAMATO
Antagonistas no competitivos de los
receptores NMDA: dextrometorfan y su metabolito,
el dextrorfan fallaron en mostrar utilidad clínica
Antagonistas competitivos del receptor
NMDA: selfotel y otros, muestran una relación riesgo-
beneficio desfavorable.
MAGNESIO han demostrado una disminución de las
secuelas incapacitantes.

Agonistas de los receptores GABA
• El GABA neurotransmisor inhibidor más
importante.
• El clometiazol, incrementa el efecto GABA
• El estudio CLASS mostró recuperación
funcional en pacientes con infartos extensos
o corticales
• Efecto adverso principal sedación

A randomized dose-response trial of citicoline in acute ischemic stroke
patients
W. M. Clark, MD, S. J. Warach, MD, L. C. Pettigrew, MD, R. E. Gammans, PhD, L. A.
Sabounjian, RN and the Citicoline Stroke Study Group
From the Oregon Stroke Center (Dr. Clark), Oregon Health Sciences University, Portland, OR; Beth Israel
Hospital (Dr. Warach), Boston, MA; University of Kentucky (Dr. Pettigrew), Lexington, KY; and Interneuron
Pharmaceuticals, Inc. (Dr. Gammans and L. Sabounjian), Lexington, MA.
Address correspondence and reprint requests to Dr. Wayne M. Clark, Department of Neurology L104,
Oregon Health Sciences University, 3181 SW Sam Jackson Park Road, Portland, OR 97201.
CITICOLINE PARECE MEJORAR EL RESULTADO
FUNCIONAL Y REDUCIR EL DÉFICIT NEUROLÓGICO,
500 MG PARECE SER LA DOSIS ÓPTIMA.
NEUROLOGY 1997;49:671-678

• Semisintético
• Derivado de segunda
generación de
tetraciclina
• Es un neuroprotector en
modelos de animal con
trauma del SNC y
enfermedades
neurodegenerativas

Posibles dianas farmacológicas de la
minociclina.

Enfermedades neurodegenerativas
SNC traumática o isquémica
Inflamación y muerte de células por
apoptosis
Posee
Acciones
Antimicrobiano
Antiapoptotica
Antiinflamatoria

MINOCICLINA
• Mejorar su actividad antibacteriana, su
absorción en tejidos y prolongar su vida
media.
• Modificó: Absorción de tejido mejorada en
el líquido cefalorraquídeo y el SNC con una
vida media más larga.
Acción: INHIBICION DE LA INTERACCION ENTRE EL
RNA MENSAJERO Y EL TRANSFERENTE: Por su
unión con la subunidad ribosomal 30S.
• Se desconoce el mecanismo mediante el cual
puede ejercer un efecto neuroprotector

MINOCICLINA
Acción Apoptótica: Minociclina en la vía apoptótica extrínseca
• Participación en los receptores de membrana:
conocidos como ‘receptores de muerte’,
1. Familia de receptores del factor de necrosis tumoral
(TNF).
2. Fas (CD95), el DR3/WSL
3. Receptores del ligando inductor de apoptosis
relacionado con el:
 TNF –TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)– Apo-2L
(TRAIL-R1/DR4, TRAIL-R2/DR5).
 Presentan de dos a cinco copias de un dominio extracelular rico en
cisteína y un dominio intracelular en el C-terminal del receptor
denominado ‘dominio de muerte’ –death domain (DD)–.

MINOCICLINA
• Participación en los receptores de membrana:
conocidos como ‘receptores de muerte’,
 El receptor de muerte más estudiado es el CD95 o Fas,
que requiere su oligomerización, más probablemente
trimerización, tras la unión de su ligando, FasL, para la
transducción de la señal apoptótica.
 Una vez activado, varias proteínas se asocian con el CD95 y
constituyen el complejo de señalización inductor de muerte –
death-inducing signalling complex (DISC)– que recluta y activa
la procaspasa-8 (o FLICE).
 La caspasa-8 activa hidroliza varias proteínas de la
célula, incluida la procaspasa-3, la cual, una vez
activada, produce la muerte celular.

MINOCICLINA
• Los ligandos agonistas de los
receptores de muerte:
– Se sintetizan y liberan al medio:
• Por estímulo dañino
• Activación de las células del sistema
inmunitario: microglía.
• Minociclina: Suprime la activación de la
microglía.

MINOCICLINA
• Minociclina disminuye la proliferación y
activación de células de microglía
• Bloqueo significativo de la producción de
óxido nítrico y prostaglandina E
• Efecto inhibitorio sobre la expresión de la
sintetasa del óxido nítrico inducible y de la
ciclooxigenasa-2 .

MINOCICLINA
• Minociclina reduce:
–Activación de microglía reactiva
inducida por lipopolisacárido
–Limita el incremento del ARN
mensajero de interleucina-1 beta (IL-
1β) y TNF-α.

MINOCICLINA
• En encefalitis inflamatoria inmunitaria:
–Minociclina redujo
Liberación de TNF procedente de los
oligodendrocitos activados
Potenció la liberación de interleucina-10, una
citocina antiinflamatoria
Expresión de CD11b y CD45: . Menor producción
microglial de autacoides inflamatorios (IL-1, IL-6 y
TNF) y sustancias neuroprotectoras (factor de
crecimiento neuronal, NGF)

MINOCICLINA
• En trastornos vasculares cerebrales contribuyen a
la patogénesis de algunas enfermedades
neurodegenerativas: Con enfermedad Alzheimer
– El buen funcionamiento de la red vascular cerebral es crucial
para la viabilidad de las neuronas
– En pacientes con EA se ha observado una circulación cerebral
dañada, inflamación vascular y disfunciones en la barrera
hematoencefálica
 La minociclina se ha propuesto como una posible opción terapéutica en esta
afección vascular porque posee propiedades antiangiogénicas comparables a la
combinación de la heparina y la cortisona
 Frena alteraciones vasculares cerebrales que acompañan a la EA.

MINOCICLINA
• Minociclina mayor efecto bloqueador en la
MPM-9 que sobre la MPM-2.
–Disminución de la expresión genética de
estas MPM y por su capacidad para quelar
iones divalentes que las MPM necesitan
para ser funcionales.

Minociclina
“un Jack de todos los oficios”

• Tratamiento con minociclina disminuyó volumen infarto (63
%) cuando se administra 4 horas después del inicio de la
isquemia focal (Yrjanheikki y otros 1999).
• Lo importante es que estos efectos neuroprotectores fueron
asociados con una marcada reducción de la activación de
microglia, lo que sugiere un papel importante de estas células
• Además, niveles de ARNm para caspasa-1 (también conocido
como interleukin-1 beta convertir enzima)
• Una enzima clave con funciones dobles en la muerte
inflamación y celular, son notablemente reducido tras la
aplicación de minociclina (Yrjanheikki y otros 1998).
• Estos estudios de hito proporcionan pistas iniciales
importantes para una doble función de minociclina como un
agente antiinflamatorio y antiapoptotica.
Minociclina “un Jack de todos los oficios ”

• Grupo Friedlander : Ratón
R6/2 modelo de la
enfermedad de Huntington.
• La Minociclina extiende la
supervivencia de estos los
ratones en un 14 % y retraso
en la disminución
característica de rendimiento
de Rotorod
Otros estudios han demostrado que el tratamiento
con minociclina ha reducido los déficits neurológicos
siguiendo la lesión cerebral traumática (Sánchez
Mejía y otros 2001), protegiendo células de la
sustancia negra después de inyección de 6-
hidroxidopamina en ratón.

• Modelo de enfermedad Parkinson
• Reprimiendo la progresión de enfermedad en
los modelos experimentales encefalomielitis
alérgica (EAE) de esclerosis múltiple.
• Retrasó el comienzo de la enfermedad y amplió
la supervivencia en un modelo de ratón de
ALS e impulsa la supervivencia y
mielinizacion de progenitores trasplantados
oligodendroglial .
• Como antibióticos y antiinflamatorios para el
acné y artritis

MINOCICLINA MEJORA
LESIÓN DE MÉDULA ESPINAL
• Cuatro laboratorios independientes han
demostrado a la minociclina como
neuroprotector en el tratamiento es tras SCI en
roedores.
• Minociclina, alrededor de 1 hora después de la
SCI (T) 3/4 torácica, efectivamente la lesión
redujo de tamaño, aumentó ahorradores
axonal rubroespinal, mejorando su función).
• Fue más eficaz en comparación con
metilprednisolona, la opción de tratamiento
sólo actual en pacientes con SCI

MINOCICLINA EN TRAUMA RAQUIMEDULAR
• En ratas, se ha observado
que el tratamiento
minociclina, habida cuenta
de 30 minutos después de la
lesión de la columna dorsal
de la médula espinal:
 Reduce la muerte de células
neuronales
 inflamación y mortalidad axonal
 Mejor recuperación funcional
 Disminuyó la expresión de
citoquina proinflamatoria
 Aumentó expresión citoquina
antiinflamatoria
 Redujo de tamaño la lesión y
promovió la supervivencia de
motoneuronas.

“El efecto de la minociclina después de SCI
experimental y en modelos enfermedades
neurodegenerativas, implican la
modulación de las respuestas inmunes y
muerte celular.
Beneficios terapéuticos a lo largo un amplio
espectro de lesiones del SNC .
Sin embargo, las metas moleculares de
minociclina siguen siendo un poco claras.”
MINOCICLINA EN TRAUMA RAQUIMEDULAR

Figura No 29. Se observan los cambios morfológicos en la microglía y en los astrocitos. El glutamato, la sustancia P y factor
neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), liberado por un estímulo nociceptivo, por las terminales nociceptivas de las neuronas
ganglionares, activan a las neuronas del asta dorsal, que activan a las neuronas de segundo orden, también es conocido que estos
aferentes primarios también liberan ATP y quimiocinas como el CCL2, que activan a los receptores en los astrocitos y microglía, lo que
induce a una transición y a un estado de vigilancia a una mayor espuesta. Las características de las respuestas de la microglía y los
astrocitos son la fosforilación de p38 MAK y la activación de JNK, que conducen a la liberación de citoquinas, quimiocinas, neutrofinas
y proteasas que modulan la actividad neuronal y contribuir a la transmisión nociceptiva. Tomado y adaptado de McMahonS. and
Malcangio M, Current Challenges in Glia-Pain Biology. October 2009 Neuron, Volume 64, Issue 1, 46-54, 15

Figura No.30. Transmisión sináptica a través del cuerno dorsal de la médula espinal; circuito excitatorio e hiperactividad de las neuronas de
segundo orden con implicaciones microgliales. Es iniciado por aferencias, la cuales activan neuronas de segundo orden a través de la
liberación de varios transmisores que activan a sus epónimos post-sinápticos, los cuales activan a la microglía y a los astrocitos. El pool de
astrocitos activados puede iniciar la activación y la entrada de calcio, ocasionando la liberación de una variedad de productos de los
astrocitos, que incluyen al glutamato, trifosfato de adenosina y citoquinas; productos de las neuronas que incluyen sus transmisores; y las
quimoquinas llamadas fractalquina, la cual puede también estimular a la microglía. Esta microglía activada produce citoquinas, proteasas,
factores de crecimiento, superóxido y mediadores lipídicos; estas pueden actuar sobre las neuronas y aferentes primarios que aumentan la
excitabilidad. Es importante señalar que la microglía adyacente a los capilares parenquimatosos, capaces de detectar cambios en el
compartimento vascular e iniciar la secreción al sistema nervioso central de productos que alteran la excitabilidad neuronal. Tomado y
adaptado de: Yaksh T. Physiologic and Pharmacologic of Nociception after Tissue and Nerve Injury. Of Cousi Carr D., Horlocker T. Neural
Blocker T. Neural Blockade in Clinical Anasthesia and Pain Medicine; 2009; 32 693-751

Efectos de la minociclina sobre las
etapas apoptóticas.

Estudios clínicos realizados con
minociclina.

MINOCICLINA Y NEUROPROTECCIÓN
• La minociclina posee propiedades
antiinflamatorias y analgésicas
• Mayor capacidad de atravesar la
barrera hematoencefálica
• MECANISMOS DE ACCIÓN
– Bloquea la activación de la microglía.
– Inhibitorio sobre la expresión y
actividad de las MMP

MINOCICLINA Y
NEUROPROTECCIÓN
- Modulación de vías de señalización intracelular
- Inhibición de las vías apoptóticas mediadas por
la mitocondria
- Modulación de la expresión de proteínas
- Modulación de vías de señalización intracelular
– Minociclina a dosis desde 100mg hasta 400 mg
diarios resulta segura y no produce efectos
secundarios graves.

Microglia local, se
activan temprano después
de SCI y
Principal fuente
proinflamatoria citoquina,
factor de necrosis tumoral
(TNF-α), interleucina-
1beta (IL-1β) y IL-6
Seguida por invasión de
Neutrofilos(de 1-3 días
después de la lesión.
Los neutrófilos producen
factores citotóxicos
potenciales (Proteasas,
especies reactivas del
oxígeno y NO
Contribuye a la
peroxidación de lípidos y
proteína nitrificación.
Minociclina: Agente Antiinflamatorio

• Quimioquinas actúan como
quimioatrayentes de microglia ,
astrocitos, y células inmunes periféricas a
los sitios de infección o trauma o durante
la progresión de la enfermedad.
• Las células Microglias, astrocitos y las
células inmune infiltrante de tejido son
todas las fuentes de Quimioquinas.
• Minociclina puede ser neuroprotectores
por disminución de migración de célula
residentes e inmune a los sitios de
inflamación por alterar los niveles de
expresión de receptor de Quimioquinas.
CITOQUINAS PROINFLAMATORIAS
MINOCICLINA

Apoptosis y la intervención tras la aplicación
de minociclina:
La muerte itinerario de
receptor implica activación
de procaspasa 8
Posteriores activación de
caspasas efectoras como
procaspasa 3.
La acción mitocondrial
implica lanzamiento
citocromo c y formación de
un apoptosoma
Conduce a la activación de
activación procaspasa 9 y
siguiente de procaspasa-3.
Activo caspasa-3 hiende varias
proteínas citosólica y libera un
nucleasas (desoxirribonucleasa
caspasa-activado recombinante
[CAD]) implicados en ADN
condensación y fragmentación.

La ruta de
receptores de
muerte
implica:
la activación de
iniciador caspasa-
8, que a su vez se
activa el caspasas
efectoras
La ruta mitocondrial
implica la activación de
moléculas
proapoptoticas los
factores que causan
liberación mitocondria
de citocromo-c y
Smac/DIABLO
Formación de un
apoptosoma y
secuestro del
inhibidor de
apoptosis proteínas
(IAPs)
llevan a la activación
de iniciador caspasa-
9, que a su vez activa
efectoras caspasa-3
Una vez activado
caspasa-3, hiende
muchos sustratos
incluyendo ICAD
(inhibidor de caspasa-
activado
desoxirribonucleasa
recombinante [CAD
Que permita la
liberación de CAD,
un endonuclease
que media la
División
internucleosomal
apoptotico de ADN.

Mechanisms of Caspase Activation.
• Upstream initiator caspases are
activated during the initiation of
the cell-death cascade. They
contain an activation or binding
prodomain (white), a large
subunit (orange), and a small
subunit (yellow). Activated
upstream caspases have
autocatalytic activity and
activate downstream effector
caspases, which have a short
prodomain (blue), as well as a
large subunit (purple) and a
short subunit (green).
Downstream caspases mediate
many of the classic phenomena
of apoptotic cell death.
N Engl J Med 2003;348:1365-75.Robert M. Friedlander, M.D.

Huntington's Disease
• Neurons of patients with Huntington's disease
contain one copy of the wild-type huntingtin
allele (producing orange protein) and one
copy of the mutant allele (producing orange
and blue protein). Possibly as part of the
normal proteolysis of huntingtin, an N-
terminal fragment is generated. Mutant N-
terminal fragments accumulate and
aggregate, forming neuronal intranuclear
inclusions. Nuclear translocation of mutant N-
terminal fragments up-regulates transcription
of caspase 1. As the disease progresses,
caspase 1 activates caspase 3. Caspase 1 and
caspase 3 cleave huntingtin, producing N-
terminal fragments and resulting in the
depletion of huntingtin. As the disease
progresses further, Bid is activated, releasing
cytochrome c. Assembly of the apoptosome
activates caspase 9 and caspase 3. Progressive
caspase activation leads to neuronal
dysfunction and cell death.
N Engl J Med 2003;348:1365-75.Robert M. Friedlander, M.D.

Effect of Minocycline on Brain Injury
Induced by Cerebral Ischemia
• Effect of minocycline on brain injury
induced by cerebral ischemia.
Repeated treatment with minocycline
(10 mg/kg) significantly decreased the
numbers of TUNEL-positive cells and
activated microglia expressing HMGB1
14 days after cerebral ischemia.
NeuN-positive cells (red), TUNEL-
positive cells (green), and merged
image (yellow) are shown (n=3). Scale
bar=20 µm (A). In addition,
minocycline significantly improved
atrophy of the striatum 14 days after
cerebral ischemia (n=5; B and C).
Values are expressed as mean±SEM.
P<0.01 vs vehicle-treated group
(Student’s t test).

MITOCONDRIAS Y ENVEJECIMIENTO
• Mitocondrias: generan energía ( moléculas de
ATP ) aeróbica (utilizan oxígeno)
• Metabolismo: Utilización cadena respiratoria
• Enzima ATP sintasa.
• Células metabólicamente activas:
– Neuronas y
– Células musculares,
– Mitocondrias: 40% del volumen celular.
– Alrededor del 10% del peso corporal de un adulto
humano es la mitocondria.
• Dos membranas. Ext: Porinas: Canales Voltaje-
dependientes: VDACs: 10 kiloDaltons
• Interna: Protones (iones H +).:
Enzima ATP sintasa ATP.

La enfermedad de Alzheimer (EA)
• 70% demencia en los ancianos y cuarta causa principal de muerte en los países desarrollados (después de las enfermedades del
corazón, cáncer y accidente cerebrovascular).
• Diagnóstico de la EA: Placa amiloide, ovillos neurofibrilares, pérdida neuronal y sináptica y la atrofia cerebral en áreas específicas del
cerebro.
• AD: Muerte en un promedio de 8 años después del diagnóstico
• EA: Pérdida de memoria, cambios de personalidad, desorientación, disminución de la coordinación física, y la incapacidad de cuidarse a sí
mismos.
• Etapa final: Cama, perder el control urinario e intestinal, y sufrir ataques epilépticos.
• Muerte por neumonía, úlceras por presión o infección del tracto urinario.

Inflamación y el envejecimiento
• With aging the body contains increasing quantities
of proinflammatory cytokines such as TNF−α, IL−1 and IL−6, which
is positively associated with cardiovascular disease mortality
[ IMMUNOLOGY AND ALLERGY CLINICS OF NORTH AMERICA;
Bruunsgaard,H; 23(1):15-39 (2003) ]. The increase in memory cells
results in an increase in the cytokines IL−4 & IL−10 that are
produced by the memory cells. Lifetime exposure to infectious
disease reduces lifespan by accelerated immunosenescence [FEBS
LETTERS; Martinis,MD; 579:2035-2039 (2005)] and chronic
inflammation [SCIENCE; Finch,CE; 305:1736-1739 (2004)]. Chronic
inflammation is implicated in atherosclerosis, arthritis, Alzheimer's
Disease , cancer , the metabolic syndrome (type 2 diabetes)and
numerous other afflictions affecting the elderly. Inflammation is
probably not the major cause of the damage & degeneration of
aging, but it contributes to the damage. Free radicals and oxidized
glycation products (AGEs) are contributers to chronic inflammation.

Inflamación y el envejecimiento
• Aging is associated with increasing activity of the pro-inflammatory
transcription factor NF-κB ( NF−κB ). NF−κB is normally bound
to IκB protein in the cytoplasm, but is released to enter the nucleus
when infection, oxidative stress or pro-inflammatory cytokines
cause ubiquitination and subsequent protease degradation of IκB.
NF−κB increases transcription of genes coding for TNF−α and IL−1,
which can result in a positive feedback loop. The ability of free
radicals ( ROS , Reactive Oxygen Species) to cause NF−κB release
and the production of ROS by inflammation also results in a positive
feedback loop. NF−κB and TNF−α are central to the aging-
associated increase in chronic inflammation. Although
glucocorticoids are increased in aging & CRAN and can inhibit
NF−κB, stimulation of NF−κB by stressors predominates. Not only
does NF−κB release increase with age, but aging results in NF−κB
binding more strongly to DNA [ BIOCHEMICAL JOURNAL;
Helenius,M; 318(Pt 2):603-608 (1996) ]. Age-associated increases
in ceramide results in increased NF−κB activation [ THE JOURNAL OF
IMMUNOLOGY; Wu,D; 179(7):4829-4839 (2007) ].
• NF−κB induced chronic inflammation in combination with its ability
to suppress apoptosis (inhibiting the elimination of cancer cells)
often leads to cancer [NATURE IMMUNOLOGY; Karin,M; 3(3):221-
227 (2002)]. Cancer can also be initiated by NF−κB induction of
inducible Nitric Oxide Synthetase ( iNOS ), leading to DNA damage,
and the inhibition of apoptosis by NF−κB again favors cancer
[NATURE REVIEWS, IMMUNOLOGY; Karin,M; 5:749-759 (2005)].
Effects of Aging and Calorie Restriction (CR)

Medicina Regenerativa, CÉLULAS
MADRE Y REJUVENECIMIENTO
• A healthy lifestyle, CRAN , and perhaps even supplements can do no more than slow the aging process or extend mean lifespan. Enduring youth might be attained if aging could be
stopped at a youthful age, but it seems unlikely that the damage to organs, tissues, cells and molecules known as aging can be stopped completely. Replacing or repairing damaged
organs, tissues, cells and even molecules seems like a better strategy. These strategies can restore function to old organisms — can even rejuvenate .
• Replacement of old or defective organs is a regenerative technique which has been tantalizingly close for decades. Only a small fraction of potential candidates for heart, kidney or liver
transplants are able to benefit, because of low availability and immune incompatibility. The development of a completely mechanical heart remains out of reach, but there is hope
that ventricular assist devices supporting the left ventricle could benefit most end-stage heart-disease patients. Pigs have many organs whose size is compatible for human transplant,
but immune compatability and the threat of viral infection remain obstacles.
• Although the liver can mostly regenerate lost tissue, wounds to most body tissues (including myocardial infarction) result in scar formation rather than regeneration of functional tissue.
Stem cells could allow for true tissue regeneration. Human Embryonic Stem Cells (ESC ) have the greatest potential to differentiate into any desired tissue type. Retrovirus induction of
overexpression of certain proteins can generate induced Pluripotent Stem Cells ( iPSC ) from fibroblasts. iPSC are nearly as pluripotent as ESCs. But both ESCs and iPSCs can
form teratomas (benign tumors) and induce antigenic tissue rejection (although iPSCs are less antigenic than ESCs). Antigenicity can be reduced or eliminated by regenerating
the thymus gland [ NATURE; Chidgey,AP; 453:330 (2008) ], by such means as androgen blockage> [ THE JOURNAL OF IMMUNOLOGY; Sutherland,JS; 175(4):2741-2753 (2005) ]. When
available, adult stem cells from the target tissue of the afflicted patient are ideal for avoiding an antigenic response. But too often (as in cases of tissue degeneration) such stem cells are
not available. Stem cells from the umbilical cord cryogenically stored at birth have the potential for tissue regeneration later in life.
• Most attempts at genetic repair have traditionally involved the use of a retrovirus to insert a new gene into a random position on a chromosome. But by attaching zinc fingers (which
determine where transcription factors bind) to endonucleases (which break DNA strands) homologous recombination can be induced to correct and replace defective (or undesired)
DNA sequence. The first applications of this technology are to isolate stem cells from the bone marrow of patients having blood disease mutations, to correct those mutations in lab
dishes using zinc finger nucleases and to transplant the stem cells back into the patients [SCIENCE; 310:1894-1896 (2005)].
• Regenerative medicine looks for means to mimic salamanders (which can regrow severed limbs), newts (which can regrow not only limbs, but intestine, jaw and spine) and zebrafish
(which can regrow a heart) — by replacing the dead scar tissue after a heart attack with new heart cells.
• Regenerative medicine uses three different strategies: (1) implantation of stem cells from culture into an existing tissue structure (2) implantation of stem cells into a tissue scaffold that
guides restoration or (3) induction of residual cells of a tissue structure to regenerate the necessary body part. A salamander can not only regenerate a limb, but can regenerate the lens
or retina of an eye and can regenerate an intestine. For regeneration the salamander tissues form a blastema by dedifferentiation of mesenchymal cells, and the blastema functions as
a self-organizing system to regenerate the limb [SCIENCE; 310:1919-1923 (2005)]. DNA microarray analysis of salamanders has shown that humoral immune and local tissue factors
control the initial phase of limb regeneration, but nerve-derived factors later become crucial [ BMC BIOLOGY; Monaghan,JR; 7:1-19 (2009) ].
• The MRL mouse, unlike other mice, can regenerate damaged heart muscle without scar formation [ PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES (USA); Leferovich,JM;
98(17):9830-9835 (2001) ]. Regenerative medicine would also aim to replace substantia nigra cells in Parkinson's Disease and regrow a spinal cord after spinal cord injury. Multipotent
adult progenitor cells, such as bone marrow cells, have been shown to be capable of replacing myocardial tissue destroyed by ischemic heart disease [ PROCEEDINGS OF THE NATIONAL
ACADEMY OF SCIENCES (USA); Orlic,D; 98(18):10344-10349 (2001) ].
• Senescent cytotoxic T-cells have been removed from the serum of mice by attachment of iron oxide nanoparticles linked to antibodies and applying a magnetic field to the serum in an
extracorporeal circuit [REJUVENATION RESEARCH; Rebo,J; 13(2-3):298-300 (2010)].
• Injured skeletal muscle has the capacity to regenerate in young mammals, but this capacity is considerably impaired with aging. Activation & proliferation of muscle regenerating
progenitor cells (satellite cells) is dependent upon signalling from transmembrane Notchreceptors. Notch receptors have several ligands , ie, extracellular molecules that the receptor
requires to function. Upregulation of the Notch ligand Delta has been shown to be sufficient to restore the regenerative potential of skeletal muscle in old mice [SCIENCE; Conboy,IM;
302:1575-1577 (2003)], Caution is advised in upregulating Notch, because overexpression of Notch can lead to cancer [ BREAST CANCER RESEARCH; Dontu,G; 6:R605-R615 (2004) ]. The
blood plasma of young mice have been reported to restore the regenerative potential of both muscle and liver cells in old mice [NATURE; Conboy,IM; 433:760-764 (2005)]. High levels
of TGF−ß (Transforming Growth Factor beta) in the blood of old mice appears to be the problem. Systemic (serum) TGF−ß is immunosuppressive [ THE JOURNAL OF EXPERIMENTAL
MEDICINE; Wahl,SM; 180(5):1587-1590 (1994) ] and aged cells have been shown to produce increased levels of TGF−ß [IMMUNOLOGY LETTERS; Zhou,D; 36(1):7-12 (1993)]. Muscle
regeneration normally makes use of inflammatory processes [ AMERICAN JOURNAL OF PHYSIOLOGY; Tidball,JG; 288(2):R345-R353 (2005) ] and TGF−ß has been shown to inhibit muscle
regeneration [ CIRCULATION RESEARCH; Zhu,S; 94(5):617-625 (2004) ].

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