Un nuevo modelo de ELA basado en células madre humanas abre las puertas para la detección rápida de drogas

3 de diciembre de 2008

Un nuevo modelo de ELA basado en células madre humanas abre las puertas para la detección rápida de drogas

3 de diciembre de 2008

La Jolla, CA — Los astrocitos, considerados durante mucho tiempo como meros espectadores, son cruciales para la supervivencia y el bienestar de las neuronas motoras, que controlan los movimientos musculares voluntarios. De hecho, los astrocitos defectuosos pueden destruir las neuronas motoras y son los principales sospechosos de la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).

Para llegar a la raíz de esta complicada relación, los investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos establecieron por primera vez un sistema basado en células madre embrionarias humanas (hESC) para modelar la ELA. Su estudio confirmó que los astrocitos humanos disfuncionales se vuelven contra sus cargas y matan las neuronas motoras sanas. Pero lo que es más importante, el tratamiento de las células cultivadas con apocinina, un poderoso antioxidante, evitó la muerte de las neuronas motoras causada por el mal funcionamiento de los astrocitos.

Sus hallazgos, que aparecen en la edición del 4 de diciembre de la revista Cell Stem Cell, brindan una nueva perspectiva sobre las vías tóxicas que contribuyen a la desaparición de las neuronas motoras en la ELA y abren nuevas posibilidades para los experimentos de detección de drogas con ELA humana in vitro modelos, así como intervenciones clínicas que utilizan terapias celulares basadas en astrocitos.

"Una variedad de medicamentos que habían demostrado una eficacia significativa en modelos de ratón no cumplieron su promesa ni en los ensayos preclínicos ni en los clínicos", dice Fred H.Gage, Ph.D., profesor en el Laboratorio de Genética, quien dirigió el estudio. De hecho, solo un fármaco, el riluzol, ha sido aprobado por la FDA para tratar la ELA y solo retrasa el curso de la enfermedad en dos meses.

"Existe una necesidad urgente de nuevos modelos de ELA que tengan el potencial de traducirse en ensayos clínicos y que puedan, como mínimo, usarse junto con los modelos murinos para verificar fármacos y objetivos farmacológicos", afirma Gage.

La ELA, también conocida como enfermedad de Lou Gehrig, lleva el nombre del legendario toletero de los Yankees de Nueva York que prestó su nombre a la misteriosa enfermedad hace más de 60 años. Esta enfermedad neurodegenerativa, generalmente mortal, ataca las neuronas motoras que controlan el movimiento voluntario, provocando parálisis progresiva y atrofia muscular.

Aunque la ELA se clasificó por primera vez como una enfermedad hace más de 140 años, todavía hay pocas pistas sobre su causa. Un paso importante hacia la comprensión de la enfermedad se produjo cuando los científicos descubrieron que la ELA puede ser inducida por mutaciones hereditarias en el gen que codifica la enzima SOD1, abreviatura de superóxido dismutasa 1. Esta enzima protege al cuerpo del daño causado por los radicales libres, moléculas altamente reactivas producidas por células durante el metabolismo normal.

Las neuronas motoras espinales expresan altos niveles de SOD1, lo que muchos pensaron originalmente que podría explicar su vulnerabilidad selectiva. Pero pronto, los experimentos con ratones revelaron que la degeneración de las neuronas motoras no está necesariamente asociada con la expresión de SOD1 defectuosa en las neuronas motoras. per se sino más bien con su expresión en un número crítico de células de soporte vecinas.

Dado que la mayoría de los tratamientos que funcionaron en modelos de ratón con ELA no estuvieron a la altura de las expectativas en los ensayos clínicos y preclínicos, la investigadora postdoctoral y primera autora M. Carol Marchetto, Ph.D., buscó una alternativa: "Ratones transgénicos que contienen las formas humanas mutadas "SOD1 ha sido muy útil para estudiar el inicio y la progresión de la enfermedad. Pero sentimos que los modelos de cultivo celular que utilizan neuronas y astrocitos humanos podrían ser muy útiles para la detección de fármacos y, hasta cierto punto, terapias de reemplazo celular".

Para descubrir la contribución de los astrocitos a la degeneración de las neuronas motoras humanas, Marchetto primero convenció a las hESC para que se diferenciaran en neuronas motoras mediante una serie de manipulaciones físicas y la exposición a una serie de factores de crecimiento. Cuando cocultivó estas células con astrocitos humanos que expresaban una forma mutada de SOD1, el número de neuronas motoras vivas en la placa de Petri se desplomó. "En presencia de la mutación, los astrocitos activaron una respuesta inflamatoria y comenzaron a producir especies reactivas de oxígeno, un sello distintivo de la ELA", dice Marchetto.

Cuando trató estas células con antioxidantes conocidos como la apocinina, que se encuentra en muchas plantas, la epicatequina, uno de los ingredientes beneficiosos del té verde y el chocolate, o el ácido alfa lipoico, que es producido por el cuerpo, el porcentaje de astrocitos se agitó. las especies dañinas de oxígeno reactivo disminuyeron significativamente. No solo eso, cuando trató neuronas motoras cultivadas en presencia de astrocitos mutantes, la apocinina, la única probada en un experimento de cocultivo, ayudó a las neuronas motoras a resistir su entorno que ya no las apoya.

"Creemos que podemos utilizar este sistema como una prueba rápida de detección de daños oxidativos para identificar los mejores candidatos para posteriores experimentos de cocultivo a largo plazo", afirma Marchetto.

Si bien la investigación sobre los efectos de la mutación del gen SOD1 proporciona pistas importantes sobre las posibles causas de la muerte de las neuronas motoras, solo una pequeña fracción de todos los casos de ELA se deben realmente a la mutación; claramente existen otras causas genéticas aún no identificadas.

"Los rápidos avances en la tecnología de células madre pluripotentes inducidas pronto nos permitirán generar células madre específicas para cada paciente que puedan usarse en nuestro ensayo de cocultivo para obtener nuevos conocimientos sobre las diferentes causas de la ELA", afirma Gage.

Para obtener información sobre la comercialización de esta tecnología, comuníquese con Mike White al 858-453-4100, x 1703 (mwhite@salk.edu) en la Oficina de Desarrollo y Administración de Tecnología de Salk.

Este estudio fue financiado por el Proyecto ALS, la Fundación Dana y Christopher Reeve, el Instituto de Medicina Regenerativa de California, el Fondo Lookout y los Institutos Nacionales de Salud.

Los investigadores que también contribuyeron al trabajo incluyen a los investigadores postdoctorales Alysson R. Muotri, Ph.D., y Yangling Mu, Ph.D., en el laboratorio Gage, el investigador postdoctoral Alan M. Smith, Ph.D., y la profesora asistente Gabriela G. Cezar, Ph.D., ambos de la Universidad de Wisconsin-Madison, Madison.