Organoides cerebrales para avanzar en la investigación neurológica
Las enfermedades como el Alzhéimer y el Párkinson, han sido muy difíciles de estudiar durante mucho tiempo debido a su compleja fisiopatología y a la falta de terapias y modelos eficaces. Las metodologías de investigación tradicionales, como los modelos animales y los cultivos celulares bidimensionales, no siempre logran representar su complejidad.
La aparición de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) y las tecnologías de organoides cerebrales han dado lugar a modelos de tejido cerebral humano altamente biomiméticos. Los organoides cerebrales de la empresa biotecnológica ACROBiosystems, especialista en terapias génicas y fármacos, pueden imitar la formación de redes neuronales y las interacciones celulares complejas. A continuación, presenta algunos ejemplos útiles para el modelado de enfermedades neurodegenerativas y el análisis de fármacos.
Figura 1. Diagrama del protocolo de diferenciación de organoides cerebrales. ACROBiosystems.
Aplicaciones de organoides cerebrales en el modelado de enfermedades neurológicas
Los trastornos neurodegenerativos como el Alzhéimer (EA) y la enfermedad de Parkinson (EP), son causados principalmente, por una malformación de proteínas, un proceso conocido como “agregación aberrante”. Los organoides cerebrales de iPSC imitan la agregación aberrante de proteínas tau o α-sinucleína (α-syn), principales causantes de trastornos como EA y EP, para analizar los cambios asociados a estas enfermedades y obtener información que contribuya a desarrollar terapias viables.
Figura 2. Modelo de organoide con EA, co-cultivado con fibrillas preformadas (PFF, por sus siglas en inglés) de tau, para promover su agregación aberrante. ACROBiosystems.
Figura 3. Modelo de organoide con EP, co-cultivado con PFF de α-sinucleína, para generar una alteración negativa de neuronas. ACROBiosystems.
Aplicación de los organoides cerebrales en la optimización de vectores para terapia génica
En terapia génica, se utilizan herramientas llamadas “vectores”, que son estructuras provenientes de virus, que actúan como vehículos para movilizar información genética a una célula. Sin embargo, la eficiencia de esta transferencia de información, depende del tipo de virus que se use como fuente de vectores (serotipo).
Para identificar vectores que realicen una entrega más dirigida y eficaz en tejidos cerebrales, los organoides se vuelven una excelente herramienta. En este caso, se cultivan organoides con diferentes serotipos de virus, cuyos vectores transportan una proteína fluorescente llamada GFP, que es visible una vez que concluye el proceso, y con microscopía de fluorescencia de puede determinar cuál de los vectores resulta en un mayor nivel de transducción, lo que indica un mayor potencial como vector para terapia génica.
Aplicación de los organoides cerebrales en la evaluación de fármacos neurológicos
Los neurotransmisores son sustancias químicas que permiten la comunicación entre neuronas. Uno de ellos, es el ácido gamma-aminobutírico (GABA), que participa en la reducción y mantención del equilibrio de la actividad neuronal, al inhibir receptores. Algunos receptores, pueden verse alterados con una actividad neuronal excesiva, lo que puede causar diversas enfermedades o disfunciones neurológicas.
Por otro lado, algunas sustancias pueden potenciar o disminuir estos efectos, como el caso del muscimol, que proviene de los hongos y tiene la capacidad de de cruzar la barrera hematoencefálica, y la picrotoxina, compuesto vegetal cuya toxina funciona como un potente estimulante del sistema nervioso central.
Para probar los efectos del muscimol, se compararon organoides cerebrales de control, con una intensa actividad neuronal, demostrable por un ritmo alto de señales eléctricas en el análisis y organoides cerebrales tratados con muscimol, que redujeron significativamente estas señales, principalmente por una supresión de la excitabilidad neuronal mediante la activación de receptores GABA, lo que permite proponer al muscimol como un agonista de receptores GABA, y posible candidato para una terapia. En paralelo, se probó la picrotoxina, que reactivó la actividad neuronal en organoides, lo que refleja el establecimiento de conexiones sinápticas, principalmente mediante la inhibición de la actividad de receptores GABA.
Conclusión
ACROBiosystems mantiene su compromiso con el avance de la tecnología de organoides cerebrales, los cuales, como modelos neuronales tridimensionales altamente biomiméticos, están surgiendo como una valiosa plataforma para la investigación de enfermedades neurológicas o neurodegenerativas y el descubrimiento de tratamientos. Simulan entornos neuronales complejos, no solo replicando los cambios patológicos en trastornos como el Alzhéimer y el Párkinson, sino también ofreciendo instrumentos precisos para la terapia génica y la evaluación de fármacos para otras condiciones, como los desórdenes mitocondriales en neuronas.
Encuentra más información de ACROBiosystems haciendo clic en este enlace.
