Los científicos del Instituto de Investigación Scripps han ideado lo que llaman un "libro de cocina neuronal" para convertir las células de la piel en diferentes tipos de neuronas. Como se informó hoy en la revista Naturaleza , la investigación abre la puerta al estudio de afecciones cerebrales comunes como el autismo, la esquizofrenia, la adicción y la enfermedad de Alzheimer en condiciones reproducibles en un plato.
"El cerebro es increíblemente complejo, con miles de diferentes tipos de células que están involucradas en diferentes enfermedades", dice Kristin Baldwin, PhD, profesora de Scripps Research y autora principal del estudio. "El problema con la comprensión y el tratamiento delMuchos trastornos del cerebro es que no podemos producir de manera reproducible los tipos correctos de células cerebrales. Ahora hemos encontrado más de 75 nuevas formas de convertir rápida y reproduciblemente las células de la piel en neuronas que creemos que serán mucho mejores representantes de diferentes enfermedades neurológicas quepreviamente disponible.
"Tener un suministro personalizado y casi ilimitado de diferentes tipos de células neuronales en un plato le permite descubrir qué está mal en una enfermedad. Al mismo tiempo, el estudio proporciona un nuevo conjunto de herramientas para probar miles de medicamentos en las células afectadas paratrate de revertir los problemas, en lugar de tener que probarlos en ratones u otros animales, con resultados que a menudo son difíciles de interpretar para las condiciones humanas ", agrega Baldwin.
El laboratorio de Baldwin se preguntó si sería posible simplificar y expandir la caja de herramientas de codificación para hacer células neuronales directamente a partir de células de la piel. La primera autora, Rachel Tsunemoto, PhD, tenía indicios de un estudio anterior de que podría ser posible generar muy específicostipos de neuronas que usan solo dos factores de transcripción a la vez. Entonces, ella y otros miembros del laboratorio diseñaron y probaron un gran conjunto de dos códigos de factores para ver si podían convertir las células de la piel en células con los rasgos esenciales de las neuronas, como suforma y excitabilidad eléctrica.
Si bien esperaban encontrar un puñado de factores nuevos, o posiblemente ninguno, los resultados de su gran pantalla fueron bastante sorprendentes. De los casi 600 factores probados, más del 12 por ciento terminó produciendo neuronas, lo que lleva a más de 70Nuevas recetas o códigos para la producción neuronal.
Luego vino una sorpresa aún mayor. Las "neuronas sintéticas", como las llama Baldwin, comenzaron a desarrollar sinapsis e intentaron comunicarse entre sí. "Esto ocurrió solo dos o tres semanas después de que fueran células de fibroblastos que normalmente nunca se comunicarían", dice Baldwin.
"Fue realmente grandioso verlo", dice Tsunemoto, coautor del estudio e investigador de Scripps Research y la Universidad de California, San Diego en el momento del estudio. "Pero obviamente, había muchomás trabajo de seguimiento para comprender esta fascinante complejidad neuronal en un plato con más detalle "
Durante años, el desafío ha sido ver más allá de los rasgos que comparten las neuronas, como la capacidad de comunicarse mediante conexiones llamadas sinapsis, y descubrir por qué ciertas neuronas tienen propiedades especiales, como la capacidad de producir dopamina o responder a la actividad neuroactivamedicamentos como la nicotina, que también se correlacionan con su participación en diferentes enfermedades.
Tsunemoto, junto con Sohyon Lee, coautor del estudio y recién graduado de doctorado en Scripps Research, comenzó a clasificar las "salidas" de los diferentes códigos utilizando métodos tradicionales de grabación eléctrica y nuevos métodos de secuenciación sensible para ver silos códigos producirían neuronas con diferentes características.
Lo que encontraron fue emocionante. Cada código produjo un conjunto de neuronas con diferentes propiedades, algunas de las cuales parecían inmediatamente útiles para comprender cómo las diferencias en nuestra composición genética pueden predisponernos a la diversidad neurológica en trastornos como el autismo, la adicción a la nicotina o la neurodegeneración.
Baldwin señala que este trabajo se basa en años de investigación de su laboratorio y en todo el mundo. Estudios previos dirigidos por el premio Nobel Shinya Yamanaka y el grupo de Marius Wernig en la Universidad de Stanford mostraron recientemente que conjuntos de tres a cuatro factores podrían convertir las células de la piel en pluripotentescélulas madre y directamente en las neuronas. El trabajo previo del laboratorio de Baldwin mostró que conjuntos de solo dos factores podrían generar selectivamente tipos específicos de neuronas que responden al dolor y la picazón.
El nuevo estudio es un gran paso adelante en la reprogramación celular. Los factores de transcripción para crear neuronas son como códigos ", dice Baldwin, y ahora los investigadores pueden ingresar estos códigos para obtener los tipos neuronales precisos que necesitan para la investigación, una y otra vez, eliminando la necesidad de muestras humanas muy valiosas obtenidas de cirugías cerebrales que pueden estudiarse solo por unas pocas horas.
"Ahora podemos ser mejores detectives del genoma", dice Baldwin. "Construir una base de datos de estos códigos y los tipos de neuronas que producen puede ayudarnos a vincular directamente los estudios genómicos de la enfermedad cerebral humana con una comprensión molecular de lo que está mal conneuronas, que es la clave para encontrar y dirigir tratamientos
"Ya estamos trabajando con colaboradores y escribiendo becas para aplicar esta plataforma a la investigación del autismo y la enfermedad de Alzheimer, así como a algunas enfermedades raras, como la ataxia de Friedrich", agrega Baldwin. "También creemos que el factor de transcripción se emparejaestudiados aquí son solo la punta del iceberg y es probable que se puedan encontrar muchos más códigos para tipos neuronales "
Los investigadores están alentando a otros científicos a usar sus resultados a través de una plataforma de acceso gratuito llamada BioGPS, dirigida por científicos de Scripps Research. "Hay mucho por explorar", dice Tsunemoto.
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Materiales proporcionado por Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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