MADRID, 13 Ene. (EUROPA PRESS) -
Los investigadores han creado en el laboratorio las primeras neuronas altamente maduras a partir de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPSC), un avance que abre nuevas oportunidades para la investigación médica y posibles terapias de trasplante para enfermedades neurodegenerativas y lesiones traumáticas, según publican en la revista 'Cell Stem Cell'.
Para crear las neuronas maduras, el equipo dirigido por la Universidad Northwestern (Estados Unidos) utilizó "moléculas danzantes", una técnica innovadora introducida el año pasado por el profesor de Northwestern Samuel I. Stupp. En primer lugar, el equipo diferenció iPSC humanas en neuronas motoras y corticales y, a continuación, las colocó sobre revestimientos de nanofibras sintéticas que contenían las moléculas danzantes de movimiento rápido.
Las neuronas enriquecidas no sólo eran más maduras, sino que también mostraban una mayor capacidad de señalización y de ramificación, necesaria para que las neuronas establezcan contacto sináptico entre sí.
Con un mayor desarrollo, los investigadores creen que estas neuronas maduras podrían trasplantarse a pacientes como una prometedora terapia para lesiones medulares, así como para enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer o la esclerosis múltiple.
Las neuronas maduras también presentan nuevas oportunidades para estudiar enfermedades neurodegenerativas como la ELA y otras relacionadas con la edad en modelos in vitro basados en placas de cultivo. Adelantando la edad de las neuronas en cultivos celulares, los investigadores podrían mejorar los experimentos para comprender mejor las enfermedades de aparición tardía.
"Es la primera vez que conseguimos desencadenar la maduración funcional avanzada de neuronas humanas derivadas de iPSC colocándolas en una matriz sintética", explica Evangelos Kiskinis, profesor adjunto de neurología y neurociencia en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern, investigador de la Fundación de Células Madre de Nueva York-Robertson y miembro del núcleo docente del Centro Les Turner de ELA y coautor del estudio.
"Cuando tienes una iPSC que consigues convertir en neurona, va a ser una neurona joven --afirma Stupp, coautor del estudio--. Pero, para que sea útil en un sentido terapéutico, necesitas una neurona madura. De lo contrario, es como pedirle a un bebé que realice una función que requiere un ser humano adulto. Y hemos confirmado que las neuronas recubiertas con nuestras nanofibras alcanzan más madurez que con otros métodos, y las neuronas maduras son más capaces de establecer las conexiones sinápticas que son fundamentales para la función neuronal", asegura.
Para desarrollar las neuronas maduras, los investigadores utilizaron nanofibras compuestas de "moléculas danzantes", un material que el laboratorio de Stupp desarrolló como posible tratamiento de las lesiones agudas de la médula espinal.
En investigaciones anteriores publicadas en la revista 'Science', Stupp descubrió cómo afinar el movimiento de las moléculas, de modo que puedan encontrar receptores celulares en constante movimiento y acoplarse adecuadamente a ellos.
Una innovación clave de la investigación de Stupp, catedrático del Consejo de Administración de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Química, Medicina e Ingeniería Biomédica de la Northwestern, donde es director fundador del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología (SQI) y de su centro de investigación afiliado, el Centro de Biotecnología Regenerativa, fue descubrir cómo controlar el movimiento colectivo de más de 100.000 moléculas dentro de las nanofibras.
Como los receptores celulares del cuerpo humano pueden moverse a gran velocidad -a veces en milisegundos-, se convierten en objetivos móviles difíciles de alcanzar.
En el nuevo estudio, Stupp y Kiskinis descubrieron que las nanofibras sintonizadas para contener moléculas con el mayor movimiento daban lugar a las neuronas más potenciadas.
"La razón por la que creemos que esto funciona es porque los receptores se mueven muy rápido en la membrana celular y las moléculas de señalización de nuestros andamios también se mueven muy rápido --explica Stupp--. "Es más probable que estén sincronizadas. Los receptores se activan por las señales a través de encuentros espaciales muy específicos. También es posible que nuestras moléculas de movimiento rápido potencien el movimiento de los receptores, lo que a su vez ayuda a agruparlos en beneficio de la señalización".
Stupp y Kiskinis creen que sus neuronas maduras permitirán conocer mejor las enfermedades relacionadas con el envejecimiento y serán mejores candidatas para probar diversas terapias farmacológicas en cultivos celulares. Gracias a las moléculas danzantes, los investigadores pudieron hacer avanzar las neuronas humanas hasta edades mucho más avanzadas de lo que antes era posible, lo que permitirá a los científicos estudiar el inicio de las enfermedades neurodegenerativas.
Como parte de la investigación, Kiskinis y su equipo tomaron células de la piel de un paciente con ELA y las convirtieron en iPSC específicas del paciente. A continuación, diferenciaron esas células madre en motoneuronas, que es el tipo celular afectado en esta enfermedad neurodegenerativa.
Por último, los investigadores cultivaron neuronas en los novedosos materiales sintéticos de recubrimiento para seguir desarrollando firmas de ELA. Esto no sólo proporcionó a Kiskinis una nueva perspectiva de la ELA, sino que estas "neuronas de la ELA" también podrían utilizarse para probar posibles terapias.
"Por primera vez, hemos podido observar la agregación de proteínas neurológicas de adultos en las motoneuronas de pacientes con ELA derivadas de células madre. Esto representa un gran avance para nosotros --afirma Kiskinis--. No está claro cómo la agregación desencadena la enfermedad. Es lo que esperamos averiguar por primera vez".
Más adelante, las neuronas maduras y mejoradas derivadas de iPSC también podrían trasplantarse a pacientes con lesiones medulares o enfermedades neurodegenerativas. Por ejemplo, los médicos podrían tomar células de la piel de un paciente con ELA o enfermedad de Parkinson, convertirlas en iPSC y luego cultivar esas células en el recubrimiento para crear neuronas sanas y altamente funcionales.
El trasplante de neuronas sanas a un paciente podría sustituir a las neuronas dañadas o perdidas, restaurando potencialmente la cognición o las sensaciones perdidas. Y, como las células iniciales proceden del paciente, las nuevas neuronas derivadas de iPSC serían genéticamente iguales a las del paciente, lo que eliminaría la posibilidad de rechazo.
"La terapia de reemplazo celular puede ser muy difícil para una enfermedad como la ELA, ya que las motoneuronas trasplantadas en la médula espinal tendrán que proyectar sus largos axones a los sitios musculares apropiados en la periferia, pero podría ser más sencillo para la enfermedad de Parkinson --señala Kiskinis--. En cualquier caso, esta tecnología será transformadora".
"Es posible tomar células de un paciente, transformarlas en células madre y luego diferenciarlas en diferentes tipos de células --prosigue Stupp--. Pero el rendimiento de esas células suele ser bajo, y lograr una maduración adecuada es un gran problema. Podríamos integrar nuestro recubrimiento en la fabricación a gran escala de neuronas derivadas de pacientes para terapias de trasplante celular sin rechazo inmunológico".
