Estudio con ratones trasplanta neuronas para reconstruir circuitos cerebrales
Colaboradores de cuatro instituciones: la Universidad de Harvard, el Hospital General de Massachusetts, el Centro Médico Beth Israel Deaconess (BIDMC) y la Escuela de Medicina de Harvard (HMS), trasplantaron neuronas embrionarias que funcionan normalmente en una etapa cuidadosamente seleccionada de su desarrollo en el hipotálamo de ratones incapaces de responder a leptina, una hormona que regula el metabolismo y controla el peso corporal.
Estos ratones mutantes generalmente se vuelven obesos mórbidamente, pero los trasplantes de neuronas repararon los circuitos cerebrales defectuosos, lo que les permitió responder a la leptina y ganar mucho menos peso.
La reparación a nivel celular del hipotálamo, una región crítica y compleja del cerebro que regula fenómenos como el hambre, el metabolismo, la temperatura corporal y comportamientos básicos como el sexo y la agresión, indica la posibilidad de nuevos enfoques terapéuticos para afecciones como la columna vertebral. lesión del cordón, autismo, epilepsia, ELA (enfermedad de Lou Gehrig), enfermedad de Parkinson y enfermedad de Huntington, dijeron los investigadores.
“Solo hay dos áreas del cerebro que se sabe que normalmente experimentan un reemplazo neuronal continuo a gran escala durante la edad adulta a nivel celular, la llamada 'neurogénesis' o el nacimiento de nuevas neuronas: el bulbo olfatorio y la subregión del hipocampo. llamado giro dentado, con evidencia emergente de neurogénesis en curso de nivel más bajo en el hipotálamo ”, dijo Jeffrey Macklis, MD, profesor de células madre y biología regenerativa de la Universidad de Harvard.
“Las neuronas que se agregan durante la edad adulta en ambas regiones son generalmente más pequeñas y se cree que actúan un poco como controles de volumen sobre señales específicas. Aquí hemos recableado un sistema de circuitos cerebrales de alto nivel que no experimenta naturalmente la neurogénesis, y esto restauró una función sustancialmente normal ".
Los otros dos autores del artículo son Jeffrey Flier, decano de la Escuela de Medicina de Harvard, y Matthew Anderson, profesor de patología del HMS en Beth Israel.
En 2005, Flier publicó un estudio que mostraba que un fármaco experimental estimulaba la adición de nuevas neuronas en el hipotálamo y ofrecía un tratamiento potencial para la obesidad.
Pero aunque el hallazgo fue sorprendente, los investigadores no estaban seguros de si las nuevas células funcionaban como neuronas naturales.
El laboratorio de Macklis había desarrollado métodos para trasplantar neuronas en desarrollo en circuitos de la corteza cerebral de ratones con neurodegeneración o lesión neuronal. En un estudio de 2000, los investigadores demostraron la inducción de neurogénesis en la corteza cerebral de ratones adultos, donde normalmente no ocurre. Si bien estos experimentos y los de seguimiento parecieron reconstruir los circuitos cerebrales anatómicamente, el nivel de función de las nuevas neuronas seguía siendo incierto.
Para obtener más información, Flier, experto en biología de la obesidad, se asoció con Macklis, experto en desarrollo y reparación del sistema nervioso central, y Anderson, experto en circuitos neuronales y modelos de enfermedades neurológicas en ratones.
Los investigadores utilizaron un modelo de ratón en el que el cerebro carece de la capacidad de responder a la leptina. Flier y su laboratorio han estudiado durante mucho tiempo esta hormona, que está mediada por el hipotálamo. Sordos a las señales de la leptina, estos ratones tienen un sobrepeso peligrosamente.
Investigaciones anteriores habían sugerido que cuatro clases principales de neuronas permitían al cerebro procesar la señalización de leptina. Los investigadores trasplantaron y estudiaron el desarrollo celular y la integración de células progenitoras y neuronas muy inmaduras de embriones normales en el hipotálamo de los ratones mutantes, utilizando múltiples tipos de análisis celular y molecular.
Para colocar las células trasplantadas exactamente en la región correcta del hipotálamo, utilizaron una técnica llamada microscopía de ultrasonido de alta resolución, creando lo que Macklis llamó un "hipotálamo quimérico", como los animales con características mixtas de la mitología griega.
Luego, los investigadores realizaron un análisis electrofisiológico en profundidad de las neuronas trasplantadas y su función en el circuito receptor, aprovechando las neuronas que brillan en verde a partir de una proteína de medusa fluorescente llevada como marcador.
Estas neuronas nacientes sobrevivieron al proceso de trasplante y se desarrollaron estructural, molecular y electrofisiológicamente en los cuatro tipos de neuronas centrales para la señalización de la leptina. Las nuevas neuronas se integraron funcionalmente en los circuitos, respondiendo a la leptina, la insulina y la glucosa. Los ratones tratados maduraron y pesaron aproximadamente un 30 por ciento menos que sus hermanos no tratados o los hermanos tratados de múltiples formas alternativas.
Luego, los investigadores investigaron hasta qué punto estas nuevas neuronas se habían conectado a los circuitos del cerebro mediante ensayos moleculares, microscopía electrónica para visualizar los detalles de los circuitos y electrofisiología de pinza de parche, una técnica en la que los investigadores utilizan pequeños electrodos para investigar las características de neuronas individuales y pares de neuronas con gran detalle. Debido a que las nuevas células se marcaron con etiquetas fluorescentes, los investigadores pudieron localizarlas fácilmente.
Los investigadores encontraron que las neuronas recién desarrolladas se comunicaban con las neuronas receptoras a través de contactos sinápticos normales y que el cerebro, a su vez, devolvía la señal. Respondiendo a la leptina, la insulina y la glucosa, estas neuronas se habían unido efectivamente a la red del cerebro y recablearon los circuitos dañados.
"Es interesante notar que estas neuronas embrionarias fueron conectadas con menos precisión de lo que uno podría pensar", dijo Flier. "Pero eso no pareció importar. En cierto sentido, estas neuronas son como antenas que pueden captar inmediatamente la señal de leptina. Desde la perspectiva del equilibrio energético, me sorprende que una cantidad relativamente pequeña de neuronas genéticamente normales puedan reparar los circuitos de manera tan eficiente ".
“El hallazgo de que estas células embrionarias son tan eficientes para integrarse con los circuitos neuronales nativos nos entusiasma bastante con la posibilidad de aplicar técnicas similares a otras enfermedades neurológicas y psiquiátricas de particular interés para nuestro laboratorio”, dijo Anderson.
Los investigadores llaman a sus hallazgos una prueba de concepto para la idea más amplia de que las nuevas neuronas pueden integrarse específicamente para modificar circuitos complejos que están defectuosos en el cerebro de un mamífero.
“El siguiente paso para nosotros es hacer preguntas paralelas sobre otras partes del cerebro y la médula espinal, aquellas involucradas en ELA y con lesiones de la médula espinal”, dijo Macklis. “En estos casos, ¿podemos reconstruir los circuitos en el cerebro de los mamíferos? Sospecho que podemos ".
El nuevo estudio fue publicado en la revista Ciencias.
Fuente: Universidad de Harvard
