Investigadores del CIC biomaGUNE han participado en un estudio en el que se ha logrado crear 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. En dicho estudio CIC biomaGUNE ha colaborado con el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), la Universidad de Barcelona (UB) y la Universidad Northwestern.

“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”, explican los autores 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. 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.

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.

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, el Dr. Ivan Sasselli del CIC biomaGUNE y el profesor Samuel I. Stupp de la 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 la enfermedad de Alzheimer, Parkinson o la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y en el desarrollo de terapias eficaces y seguras”, comentan los autores del estudio.

Habilidades sincronizadas de “baile”

Para desarrollar las neuronas maduras, los investigadores utilizaron nanofibras compuestas por "moléculas bailarinas", un material que Álvarez y Sasselli desarrollaron en el laboratorio de Stupp como un tratamiento potencial para lesiones agudas de la médula espinal. En investigaciones anteriores publicadas en la revista Science, Álvarez y Sasselli descubrieron cómo cambiar el movimiento de las moléculas para que puedan encontrar y conectarse de manera más eficiente a los receptores celulares que están en constante movimiento.

En el nuevo estudio, Zaida Álvarez, Alberto Ortega e Ivan Sasselli 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.

“Este estudio demuestra la importancia de controlar el movimiento de las moléculas del material para optimizar su interacción con las células —comentan—. 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".

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.