Un gran avance en la investigación de enfermedades neuromusculares: un modelo 2D innovador mejora el desarrollo de fármacos

por Liam O'Connor
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Neuromuscular Research

Un equipo de investigadores ha logrado un avance significativo en la comprensión de los trastornos neuromusculares mediante la creación de un modelo de unión neuromuscular bidimensional a partir de células madre pluripotentes. Este desarrollo mejora el potencial de las pruebas de fármacos de alto rendimiento, complementando el trabajo anterior del equipo sobre organoides tridimensionales. (Ilustración conceptual proporcionada por SciTechPost.com)

El nuevo modelo bidimensional es una herramienta fundamental en la investigación de enfermedades neuromusculares, facilitando ensayos de fármacos más eficaces y profundizando nuestra comprensión de enfermedades como la atrofia muscular espinal y la esclerosis lateral amiotrófica.

Se han identificado aproximadamente 800 enfermedades neuromusculares diferentes, todas ellas derivadas de disfunciones en las interacciones entre las células musculares, las neuronas motoras y las células periféricas. Estos trastornos, que incluyen la esclerosis lateral amiotrófica y la atrofia muscular espinal, pueden provocar debilidad muscular, parálisis y, en ocasiones, la muerte.

La Dra. Mina Gouti, que dirige el Laboratorio de Modelado de Enfermedades y Desarrollo con Células Madre en el Centro Max Delbrück, explica que estas enfermedades son complejas y sus causas varían ampliamente. Pueden surgir problemas en las neuronas, las células musculares o sus conexiones. "Para identificar terapias de forma eficaz, necesitamos modelos de cultivo celular específicos de humanos para estudiar las interacciones entre las neuronas motoras de la médula espinal y las células musculares", afirma el Dr. Gouti.

Investigación pionera con organoides

Anteriormente, el equipo del Dr. Gouti había desarrollado un sistema organoide neuromuscular tridimensional. "Nuestro objetivo incluye utilizar nuestros cultivos para realizar pruebas exhaustivas de drogas", comenta el Dr. Gouti. Sin embargo, el gran tamaño de estos organoides tridimensionales limita su longevidad en la placa de cultivo de 96 pocillos utilizada para la detección de fármacos de alto rendimiento.

Un equipo internacional dirigido por el Dr. Gouti ha creado un modelo bidimensional de unión neuromuscular autoorganizada con células madre humanas. Este modelo comprende neuronas, células musculares y uniones neuromusculares esenciales para la interacción celular. Estos hallazgos han sido publicados en Nature Communications.

"Este modelo 2D nos permitirá realizar pruebas de detección de fármacos de alto rendimiento para diversas enfermedades neuromusculares, seguidas de estudios detallados sobre los candidatos más prometedores utilizando organoides específicos del paciente", añade el Dr. Gouti.

Creación del Modelo Neuromuscular 2D

El equipo estudió primero cómo se desarrollan las neuronas motoras y las células musculares en los embriones para crear este modelo. Si bien no realizan investigaciones embrionarias, el equipo del Dr. Gouti utiliza varias líneas de células madre humanas bajo pautas estrictas, incluidas líneas de células madre pluripotentes inducidas (iPSC).

"Exploramos múltiples hipótesis y descubrimos que las células necesarias para las conexiones neuromusculares funcionales provienen de células progenitoras neuromesodérmicas", afirma Alessia Urzi, estudiante de doctorado y autora principal del artículo.

Urzi identificó una combinación de moléculas de señalización que hacen que las células madre humanas maduren y se conviertan en neuronas motoras funcionales y células musculares, junto con las conexiones necesarias. "Observar la contracción de las células musculares bajo un microscopio fue una indicación emocionante de que estábamos en el camino correcto", recuerda Urzi.

El equipo también observó que, una vez diferenciadas, las células se organizaban espontáneamente en áreas de células musculares y nerviosas, asemejándose a un patrón de mosaico.

Avances en la investigación neuromuscular a través de la optogenética

Las células musculares en la placa de cultivo se contraen espontáneamente debido a su conexión con las neuronas, aunque sin un ritmo constante. Para abordar esto, Urzi y Gouti colaboraron con Charité – Universitätsmedizin Berlin, empleando optogenética para estimular las neuronas motoras. Esta técnica, que implica activación inducida por luz, permitió contracciones sincronizadas de células musculares, imitando más de cerca las condiciones fisiológicas dentro de un organismo.

Modelado y evaluación de la atrofia muscular espinal

Para validar el modelo, Urzi utilizó iPSC de pacientes con atrofia muscular espinal, una enfermedad grave que afecta a los bebés. Los cultivos neuromusculares derivados de estas iPSC específicas de cada paciente mostraron importantes problemas de contracción, lo que refleja la patología observada en los pacientes.

El Dr. Gouti considera los cultivos 2D y 3D como herramientas esenciales para la investigación detallada de enfermedades neuromusculares y para probar tratamientos personalizados más eficaces. El siguiente paso implica un análisis exhaustivo de fármacos para descubrir nuevos tratamientos para los pacientes con atrofia muscular espinal y esclerosis lateral amiotrófica. "Nuestro objetivo es ver si podemos lograr mejores resultados para los pacientes mediante nuevas combinaciones de fármacos", concluye el Dr. Gouti.

Referencia: “Generación eficiente de un modelo de unión neuromuscular autoorganizada a partir de células madre pluripotentes humanas” por Alessia Urzi et al., 19 de diciembre de 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-43781-3

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre la investigación neuromuscular

¿Cuál es la importancia del nuevo modelo neuromuscular bidimensional?

El nuevo modelo neuromuscular 2D, desarrollado a partir de células madre pluripotentes, es crucial para avanzar en la comprensión y el tratamiento de las enfermedades neuromusculares. Facilita las pruebas de drogas eficientes y proporciona una visión más profunda de afecciones como la atrofia muscular espinal y la esclerosis lateral amiotrófica.

¿Cómo mejora el modelo 2D las pruebas de detección de drogas para enfermedades neuromusculares?

El modelo 2D permite la detección de fármacos de alto rendimiento, lo que permite a los investigadores probar y evaluar de manera eficiente la eficacia de varios fármacos en enfermedades neuromusculares. A esta selección le siguen estudios detallados sobre los fármacos candidatos más prometedores utilizando organoides específicos de cada paciente.

¿Cuáles son los desafíos en la investigación de las enfermedades neuromusculares?

Las enfermedades neuromusculares son complejas y tienen causas variadas, que a menudo surgen de problemas en la interacción entre las células musculares, las neuronas motoras y las células periféricas. Estas complejidades dificultan la comprensión y el desarrollo de tratamientos eficaces.

¿Cómo contribuye la optogenética a la investigación neuromuscular?

La optogenética, utilizada por los investigadores en este estudio, permite la activación de neuronas motoras a través de la luz, lo que lleva a contracciones sincronizadas de las células musculares. Esta técnica ayuda a imitar más de cerca las condiciones fisiológicas dentro de un organismo.

¿Qué pasos futuros están previstos en esta área de investigación?

Los próximos pasos incluyen realizar pruebas exhaustivas de detección de fármacos para descubrir nuevos tratamientos para enfermedades como la atrofia muscular espinal y la esclerosis lateral amiotrófica. El objetivo es mejorar los resultados de los pacientes mediante nuevas combinaciones de fármacos y enfoques de tratamiento personalizados.

Más sobre la investigación neuromuscular

  • Comprender las enfermedades neuromusculares
  • Avances en la investigación de células madre
  • Métodos de detección de drogas de alto rendimiento
  • Atrofia muscular espinal: descripción general
  • Investigación sobre la esclerosis lateral amiotrófica (ELA)
  • El papel de la optogenética en la investigación médica
  • Innovaciones en modelos de unión neuromuscular
  • La importancia de las células madre pluripotentes
  • Medicina personalizada para los trastornos neuromusculares
  • Direcciones futuras en el tratamiento de enfermedades neuromusculares

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5 comentarios

juan_84 diciembre 19, 2023 - 9:25 pm

No soy un experto pero esto suena bastante complejo. ¿Cómo funciona exactamente el uso de la luz para controlar las neuronas?

Responder
karenp diciembre 19, 2023 - 10:05 pm

Mi tío tiene ELA y leer sobre esto me da algo de esperanza. Es sorprendente pensar hasta dónde hemos llegado en la investigación médica. ¡Sigan con el buen trabajo investigadores!

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TechGeek123 diciembre 19, 2023 - 10:06 pm

Interesante artículo, pero ¿existen preocupaciones éticas sobre el uso de células madre como esta? Sería genial saber más sobre ese aspecto.

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Mia Johnson diciembre 20, 2023 - 6:36 am

¡Guau, esto es realmente un punto de inflexión para la ciencia médica! Parece que el modelo 2D realmente podría acelerar la búsqueda de nuevos tratamientos para la ELA y otras enfermedades.

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CienciaFan101 diciembre 20, 2023 - 7:05 am

Ese es un trabajo impresionante de la Dra. Gouti y su equipo; usar células madre para esto es súper innovador. Me pregunto qué tan pronto veremos que estos descubrimientos tengan un impacto real.

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