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Zaida Álvarez y Alberto Ortega (Foto IBEC/UB).
 16.01.2023

Consiguen cultivar neuronas maduras para estudiar enfermedades neurodegenerativas

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), con sede en el Parque Científico de Barcelona, y de la Universidad de Barcelona (UB) han logrado crear las primeras neuronas altamente maduras a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSCs) usando un material sintético. El estudio, publicado en Cell Stem Cell, abre nuevas oportunidades para la investigación médica y posibles terapias para enfermedades neurodegenerativas y lesiones traumáticas.

La matriz extracelular es esencial para el desarrollo de células en el laboratorio, ya que proporciona soporte estructural, regula la señalización y diferenciación celular, mantiene su integridad y proporciona un ambiente adecuado para el crecimiento celular.

Hasta ahora, se había logrado generar neuronas a partir de células madre pluripotentes inducidas, pero estas neuronas presentaban un grado de madurez funcional insuficiente, similar al de neuronas en etapas tempranas de desarrollo. Esto limitaba su capacidad para investigar enfermedades neurodegenerativas, ya que son las neuronas adultas las que degeneran. La maduración ineficiente de las neuronas diferenciadas a partir de iPSC, se debía en parte a la falta de señales que se encuentran en el entorno de las neuronas, la matriz extracelular.

Para recrear la matriz extracelular y lograr una maduración y funcionalidad similar a las neuronas del sistema nervioso en conficiones fisiológicas, los investigadores utilizaron «moléculas bailarinas», una técnica revolucionaria presentada el año pasado por la Dra. Zaida Álvarez del IBEC y el Prof. Samuel I. Stupp de la Universidad de Northwestern, director del Instituto Simpson Querrey de BioNanotecnología (SQI) y profesor distinguido Severo Ochoa en el IBEC.

«Se trata de la primera vez que se logra madurar neuronas derivadas de iPSC humanas con una matriz sintética. Esta plataforma permitirá a los laboratorios disponer de neuronas maduras humanas para estudiar múltiples enfermedades neurológicas y desarrollar nuevas terapias», comenta la Dra. Zaida Álvarez, investigadora Ramón y Cajal en el IBEC y co-primera autora del estudio.

Los investigadores creen que, al avanzar la edad de las neuronas en cultivos celulares, se podrán mejorar los experimentos para comprender mejor las enfermedades de aparición tardía. “Contar con neuronas maduras en el laboratorio es esencial para avanzar en la comprensión de enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, Parkinson o la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y en el desarrollo de terapias eficaces y seguras”, comenta el Dr. Alberto Ortega, investigador Ramón y Cajal en la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud de la UB, miembro del Instituto de Neurociencias de la UB (UBneuro) y co-primer autor del estudio.

En este nuevo trabajo, Zaida Álvarez y Alberto Ortega encontraron que las nanofibras con mayor movimiento molecular dieron lugar a mejoras en los cultivos de neuronas humanas. En otras palabras, las neuronas cultivadas en estos materiales sintéticos más dinámicos mostraron una mayor madurez, con menos agregación y con una señalización más intensa.

«Creemos que esto funciona 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 el Prof. Stupp.

Como parte de la investigación, se tomaron células de piel de un paciente con ELA y las convirtieron en neuronas motoras específicas del paciente, el tipo celular afectado en esta enfermedad neurodegenerativa. Estas neuronas se cultivaron durante dos meses en los materiales sintéticos para desarrollar características propias de la enfermedad de la ELA. “Esto no solo ha proporcionado una nueva ventana para estudiar la ELA, sino que este sistema también se podrá utilizar para estudiar y probar posibles terapias en otras enfermedades neurológicas” comenta Evangelos Kiskinis, profesor de neurología y neurociencia en la Escuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern e investigador Robertson de la New York Stem Cell Foundation.

Más adelante, estas neuronas altamente funcionales, gracias al material sintético, podrían trasplantarse en pacientes con pérdida de neuronas, por lesión o enfermedad, lo que podría restaurar la cognición o las sensaciones perdidas. Y, debido a que las células iniciales podrían provenir del mismo paciente, las neuronas derivadas y trasplantadas no generarían rechazo.

» Artículo de referencia: Álvarez, Z.; Ortega, J. A. et al. «Artificial extracellular matrix scaffolds of mobile molecules enhance maturation of human stem cell-derived neurons». Stem Cell Stem, January 2023. Doi: 10.1016/j.stem.2022.12.010

» Más información: web del IBEC [+]