Avanzando en la investigación del Parkinson con cultivos celulares en 3D

En los últimos años, la mayoría de los medicamentos diseñados para tratar trastornos neurodegenerativos no han logrado producir los efectos deseados en la fase de ensayo clínico. Esto apunta a una gran incapacidad de los ensayos de cultivo 2D convencionales y de los modelos animales para replicar la fisiopatología humana, lo que produce datos intraducibles. En este sentido, los cultivos celulares 3D han permitido cerrar la brecha, proporcionando plataformas que son capaces de imitar entornos celulares, interacciones neuronales y gliales y efectos del flujo sanguíneo en el cerebro y, por lo tanto, entregando datos predictivos que son útiles para ensayos clínicos ( 1).

Enfermedades neurodegenerativas

Las enfermedades neurodegenerativas son enfermedades crónicas y progresivas caracterizadas por el deterioro de la función cerebral y la eventual pérdida de la actividad neuronal, lo que provoca déficits cognitivos y pérdida de la función motora. Actualmente no tienen cura y tienen un impacto adverso en la calidad de vida de las personas y la sociedad afectadas, lo que resulta en una carga cada vez mayor para los sistemas de salud globales (2).

Enfermedad de Parkinson (EP)

Principalmente identificado como un trastorno del movimiento, el Parkinson se caracteriza por la pérdida de materia gris profunda, debido a la pérdida de neuronas en la sustancia negra, lo que resulta en una deficiencia de dopamina en los ganglios basales. Se sabe que afecta aproximadamente al 1-2% de las personas mayores de 65 años en todo el mundo. Los síntomas son bradicinesia, rigidez, temblores en reposo e inestabilidad postural acompañados de síntomas no motores como alteraciones del sueño, estreñimiento, demencia y déficits cognitivos y olfativos. La patología tisular revela niveles elevados de inclusiones de proteínas conocidas como cuerpos de Lewy o neuritas de Lewy dentro del cuerpo y los procesos de las células neuronales, respectivamente. Actualmente, la etiología molecular de la EP sigue siendo desconocida y, en consecuencia, las estrategias terapéuticas se limitan al manejo de los síntomas relacionados con los motores (3). La mayoría de los medicamentos que funcionaron bien durante las etapas preclínicas no tuvieron éxito durante los ensayos clínicos de fase 2 y 3. Esto se debe principalmente a la falta de comprensión de la etiología molecular de la EP, provocada por la falta de modelos representativos. Por lo tanto, se necesitan urgentemente herramientas experimentales como los cultivos 3D para facilitar el progreso en la comprensión de la EP y el descubrimiento de medidas terapéuticas efectivas.

Modelos de cultivo celular 3D para estudios de EP

Las células de neuroblastoma humano (SH-SY5Y) son una línea celular popular utilizada para la EP, ya que pueden producir neuronas doperminérgicas típicas de la EP. Modelos 3D de SH-SY5Y Los modelos 3D se desarrollan cultivando estas células en una matriz 3D en medio DMEM. Una vez diferenciadas, las células se exponen a α-sinclinina recombinante para desarrollar el estado tisular típico de la EP (4).

El mesencefálico humano de Lund (LUHMES) es una línea celular inmortalizada que también se utiliza para la investigación de la EP. Estas células son capaces de recrear un sistema fisiológicamente relevante con la ventaja adicional de cultivos a gran escala con buena consistencia entre lotes (5). En la última década, las células LUHMES se utilizaron como plataforma de cultivo celular en 3D para estudios de neurotoxicidad mediante la técnica de agitación giratoria, donde las células se agitan de manera continua, facilitando la formación de agregados esferoides, con astrocitos, neuronas, oligodendrocitos y microglía. Este sistema condujo a la formación de un fenotipo similar a las neuronas primarias, acompañado de la formación natural de matriz extracelular y la maduración de sistemas con mielinización y sinaptogénesis de astrocitos, neuronas y oligodendrocitos (6). Otros modelos 3D disponibles incluyen esferas de neuroectoderman humano 3D (hNES) que se utilizaron para desarrollar un modelo de alto rendimiento utilizando un biorreactor de microfluidos, y modelos organoides del cerebro medio humano desarrollados a partir de iPSC (7-8). Con una amplia gama de modelos diferentes, los cultivos 3D siguen siendo una herramienta esencial para la validación de objetivos y para cerrar la brecha entre los modelos animales y humanos y, en última instancia, en el desarrollo de opciones de tratamiento personalizadas.

Referencias

  1. Slanzi A, Iannoto G, Rossi B, Zenaro E y Constantin G (2020) In vitroModelos de Enfermedades Neurodegenerativas.  Desarrollo celular. Biol. 8: 328.
  2. Heelels, M.-T. (2016). Enfermedades neurodegenerativas. Naturaleza539:179. doi: 10.1038/539179a
  3. Poewe, W., Seppi, K., Tanner, CM, Halliday, GM, Brundin, P., Volkmann, J., et al. (2017). Enfermedad de Parkinson.  Rev. Dis. Imprimaciones3:17013. doi: 10.1038/nrdp.2017.13
  4. Xicoy, H., Wieringa, B. y Martens, GJ (2017). La línea celular SH-SY5Y en la investigación de la enfermedad de Parkinson: una revisión sistemática.  Neurodegenerador.12: 10.
  5. Harischandra, DS, Rokad, D., Ghaisas, S., Verma, S., Robertson, A., Jin, H., et al. (2019). Diferenciación mejorada del modelo de células neuronales dopaminérgicas humanas para la investigación traslacional preclínica en la enfermedad de Parkinson.  Biofísica. Acta Mol. Disposición de base.1866: 165533.
  6. Smirnova, L., Harris, G., Delp, J., Valadares, M., Pamies, D., Hogberg, HT, et al. (2016). Un modelo neuronal dopaminérgico 3D de LUHMES para pruebas de neurotoxicidad que permite la exposición a largo plazo y el análisis de la resiliencia celular.  Toxico.90, 2725-2743.
  7. Kane, KIW, Moreno, EL, Hachi, S., Walter, M., Jarazo, J., Oliveira, MAP, et al. (2019). Cultivo celular de microfluidos automatizado de neuronas dopaminérgicas derivadas de células madre.  Rep.9: 1796.
  8. Smits, LM, Reinhardt, L., Reinhardt, P., Glatza, M., Monzel, AS, Stanslowsky, N., et al. (2019). Modelado de la enfermedad de Parkinson en organoides similares al mesencéfalo. Enfermedad de Parkinson NPJ.5: 5.
  9. Lopes, Fernanda & Bristot, Ivi & Motta, Leonardo & Parsons, Richard & Klamt, Fábio. (2017). Imitación de la enfermedad de Parkinson en un plato: ventajas y desventajas de los modelos dopaminérgicos in vitro más utilizados. Medicina Neuromolecular. 19. 10.1007/s12017-017-8454-x.