Investigadores del Instituto español de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y de la Universidad española de Barcelona (UB) consiguieron madurar neuronas en el laboratorio a partir de células madre humanas que servirán para estudiar las enfermedades neurodegenerativas y testar fármacos.
Los investigadores, que publicaron su logro en la revista Cell Stem Cel, crearon las primeras neuronas altamente maduras a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSCs) usando un material sintético, lo que abre nuevas oportunidades para la investigación médica y posibles terapias para enfermedades neurodegenerativas y lesiones traumáticas.
Según los investigadores, representa un gran avance en el campo de la neurociencia y abre las puertas para nuevas investigaciones y terapias, ya que estas neuronas podrían llegar a trasplantarse a pacientes con lesiones medulares o enfermedades neurodegenerativas para reemplazar las neuronas dañadas o muertas.
«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», resumió la investigadora del IBEC Zaida Álvarez, co-primera autora del estudio.
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, lo que limitaba su capacidad para investigar enfermedades neurodegenerativas, puesto 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, y para recrear esta matriz 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 Zaida Álvarez (IBEC) y Samuel I. Stupp (Universidad de Northwestern).
El primer paso fue diferenciar las iPSCs humanas en neuronas motoras y corticales para posteriormente colocarlas en nanofibras compuestas por «moléculas bailarinas», donde los investigadores observaron que la capacidad de señalización y de ramificación de las neuronas había mejorado, lo que permitía que se generaran mejores contactos sinápticos entre sí.
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 Alzheimer, Parkinson o la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y en el desarrollo de terapias eficaces y seguras», subrayó el investigador de la UB Alberto Ortega, también co-primer autor del estudio.
Células de paciente con ELA
Los investigadores 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», comentaron los investigadores, que esperan que en un futuro las neuronas maduradas en laboratorio altamente funcionales, gracias al material sintético, puedan trasplantarse en pacientes con pérdida de neuronas, por lesión o enfermedad, lo que podría restaurar la cognición o las sensaciones perdidas.
También confían en que las células iniciales, como provendrán del mismo paciente, las neuronas derivadas y trasplantadas no generarían rechazo.
En el estudio también ha participado Kohei Sato, investigador en la Escuela de Ciencias de la Vida y Tecnología en el Instituto Tecnológico de Tokio, así como Elisabeth Engel, investigadora principal del Grupo de Biomateriales para Terapias Regenerativas del Instituto para la Bioingeniería de Cataluña (IBEC).
