Avances en el estudio de la enfermedad de Parkinson con la investigación de células madre

Las Neuronas dopaminérgicas, que producen la sustancia química dopamina, son súper importantes para el funcionamiento del cerebro. Son clave para entender enfermedades como el Parkinson (EP), que afecta el movimiento. Desde los años 50, los científicos saben que la pérdida de estas neuronas en una zona específica del cerebro causa los síntomas del EP. A pesar de esto, todavía no está claro por qué mueren estas neuronas. Los modelos de investigación tradicionales tienen limitaciones para mostrar las complejidades del EP, especialmente a través de factores genéticos que podrían contribuir a la enfermedad.

Las variantes en el Gen GBA1, que afecta a una proteína llamada glucocerebrosidasa, son los factores de riesgo genéticos más comunes para el EP. Alrededor del 5-10% de los pacientes con EP tienen estas variantes. Mientras que los pacientes con EP relacionado con GBA1 muestran síntomas similares a los de la forma esporádica de la enfermedad, hay diferencias, como un inicio más temprano y una progresión más rápida en algunos casos.

Curiosamente, las personas con ciertas mutaciones en GBA1 pueden desarrollar una enfermedad de almacenamiento rara llamada enfermedad de Gaucher (EG) pero no necesariamente muestran síntomas de EP. Esto sugiere que otros factores pueden influir en si alguien con EG desarrolla parkinsonismo o no.

#Oportunidad de Investigación

Para estudiar cómo diferentes antecedentes genéticos influyen en el EP, los investigadores examinaron neuronas dopaminérgicas creadas a partir de Células Madre Pluripotentes Inducidas (iPSCs) tomadas de tres hermanas que comparten un fondo genético similar. Dos de ellas tenían EG tipo 1 y compartían las mismas mutaciones en GBA1, mientras que una hermana que no tenía las mutaciones no mostraba señales de EP.

Para aumentar la producción de neuronas dopaminérgicas y hacer las culturas más consistentes, los investigadores utilizaron un método para insertar un gen de resistencia en las neuronas. Esta técnica les permitiría usar un medicamento para seleccionar solo las neuronas que expresaban este gen, asegurando una población pura de neuronas para sus estudios.

#Desafíos en la Investigación

Hay varios desafíos en la investigación de estas neuronas derivadas de iPSCs. Primero, puede ser difícil encontrar información clínica detallada sobre los donantes de las iPSCs. La mayoría de los estudios solo informan detalles básicos como género y edad, pero a menudo carecen de datos completos sobre síntomas y progresión de la enfermedad. Esto dificulta comparar e interpretar los hallazgos de diferentes líneas celulares.

Otro desafío es la inconsistencia en cuán bien las iPSCs se convierten en neuronas dopaminérgicas. Diferentes líneas de iPSCs pueden comportarse de manera diferente en términos de su eficiencia de Diferenciación, lo que dificulta sacar conclusiones de los resultados. Algunos estudios han intentado mejorar el proceso de diferenciación agregando químicos específicos para imitar cómo se desarrollan estas células en el cuerpo, pero los factores clave aún pueden variar entre diferentes líneas celulares.

Por último, las culturas finales de neuronas dopaminérgicas a menudo contienen otros tipos de células, lo que puede dificultar ver los verdaderos efectos relacionados con el EP.

#Métodos para Mejorar la Investigación

Para hacer frente a estos desafíos, se han probado varios métodos. Un enfoque es optimizar la diferenciación para cada línea de iPSC, pero esto puede llevar mucho tiempo e introducir sesgos. Algunos investigadores encontraron éxito usando factores de transcripción específicos para generar diferentes tipos de neuronas, incluidas las dopaminérgicas, pero aún no se han logrado resultados consistentes.

Otro método implica usar un químico llamado mitomicina-C para eliminar células en división rápida de las culturas neuronales. Además, los investigadores han intentado separar neuronas dopaminérgicas de otros tipos de células utilizando técnicas como la separación celular activada por fluorescencia (FACS), que etiqueta las neuronas para la selección.

Recientemente, un avance significativo involucró usar un gen de resistencia para seleccionar neuronas dopaminérgicas. Este método mostró que después de tratar las culturas con un medicamento específico, la cantidad de neuronas dopaminérgicas aumentó significativamente mientras se eliminaban otros tipos de células que no expresaban el gen.

#Presentación Clínica de las Hermanas

Las hermanas involucradas en esta investigación exhibieron varias características clínicas relacionadas con sus antecedentes genéticos. Dos de las hermanas fueron diagnosticadas con EG en la infancia y experimentaron una variedad de síntomas. Una hermana tuvo un mejor manejo de sus síntomas a través de terapia de reemplazo enzimático, pero finalmente falleció por otra enfermedad sin signos de EP.

Por otro lado, la segunda hermana fue diagnosticada con EP más tarde en la vida, experimentando síntomas motores típicos como temblores y rigidez, que respondieron bien al tratamiento. La tercera hermana no llevaba las mutaciones en GBA1 y no mostró signos de EP. Entender estas variaciones presenta una oportunidad única para estudiar qué contribuye a las diferencias en la manifestación del EP entre individuos con antecedentes genéticos similares.

#Ingeniería Genética de iPSCs

Como parte de la investigación, los científicos utilizaron la tecnología CRISPR para introducir el gen de resistencia en el gen GBA1 de las iPSCs derivadas de las hermanas. El objetivo era facilitar la identificación y enriquecimiento de neuronas dopaminérgicas, proporcionando un mejor modelo para estudiar la enfermedad.

Los investigadores crearon un diseño específico para asegurar que el gen introducido solo se expresara en neuronas dopaminérgicas. También se aseguraron de que esta modificación genética no obstaculizara la capacidad de las células para diferenciarse en el tipo de neurona deseado.

Tras una edición genética exitosa, confirmaron la presencia del gen modificado y revisaron que las iPSCs editadas mantuvieron sus características normales.

#Diferenciación en Neuronas Dopaminérgicas

El siguiente paso consistió en convertir las iPSCs modificadas en neuronas dopaminérgicas. Los investigadores siguieron un protocolo específico que involucraba tratar las células con varios factores de crecimiento y químicos durante varias semanas. Su objetivo era producir un alto número de neuronas dopaminérgicas mientras minimizaban otros tipos de células.

El proceso fue monitoreado de cerca, y se utilizó inmunotinción para confirmar que las neuronas producidas eran efectivamente dopaminérgicas. Midieron la eficiencia de producción de neuronas y se aseguraron de que la modificación genética no afectara la capacidad de las células para diferenciarse.

#Resultados del Estudio

Los científicos encontraron que las iPSCs modificadas se diferenciaron con éxito en neuronas dopaminérgicas, con una mayor proporción de estas neuronas después de aplicar el medicamento de selección. Lograron producir cultivos con un aumento significativo en neuronas dopaminérgicas en comparación con cultivos sin selección.

Además, realizaron un Análisis proteómico en estas culturas neuronales para obtener una comprensión detallada de las proteínas expresadas por las células. Este análisis mostró que las neuronas modificadas tenían una mayor abundancia de marcadores importantes específicos para neuronas dopaminérgicas.

#Mejorando la Consistencia entre Cultivos Neuronales

Al optimizar el método para seleccionar neuronas dopaminérgicas, los investigadores encontraron una manera de reducir la variabilidad que suele existir entre los cultivos neuronales de diferentes individuos. Las nuevas culturas enriquecidas permitieron una mejor comparación entre las diferentes líneas de iPSC derivadas de las hermanas.

Los resultados indicaron que el nuevo método de selección genética ayudó a armonizar las culturas, haciéndolas más adecuadas para comparar cómo las diferencias genéticas contribuyen al desarrollo y progresión de enfermedades como el EP. El análisis reveló que las neuronas dopaminérgicas derivadas de los hermanos tenían niveles similares de ciertas proteínas y marcadores lipídicos, sugiriendo que otros factores genéticos podrían influir en la manifestación de la enfermedad.

#Conclusión

La investigación demostró el potencial de usar iPSCs como un modelo valioso para estudiar enfermedades complejas como el EP. Las mejoras realizadas en la selección y enriquecimiento de neuronas dopaminérgicas de pacientes con antecedentes genéticos relacionados proporcionan una base sólida para futuros estudios.

Este método no solo permite a los científicos investigar los mecanismos subyacentes del EP de manera más efectiva, sino que también allana el camino para posibles estrategias terapéuticas al identificar modificadores genéticos asociados con diferentes resultados clínicos. Al final, al obtener conocimientos sobre los cambios celulares relacionados con la enfermedad, los investigadores esperan contribuir a una mejor comprensión y opciones de tratamiento para pacientes con enfermedad de Parkinson y trastornos relacionados.