Investigadores dirigidos por biólogos de la Universidad de Tufts descubrieron que los cerebros de los embriones de ranas dañados por la exposición a la nicotina pueden repararse mediante el tratamiento con ciertos medicamentos llamados "ionocéuticos" que impulsan la recuperación de los patrones bioeléctricos en el embrión, seguido de la reparación de la normalanatomía, expresión génica y función cerebral en el renacuajo en crecimiento. La investigación, publicada hoy en Fronteras en neurociencia , introduce estrategias de intervención basadas en la restauración del "modelo" bioeléctrico para el desarrollo embrionario, que los investigadores sugieren que podría proporcionar una hoja de ruta para la exploración de medicamentos terapéuticos para ayudar a reparar defectos congénitos.
Estudios anteriores habían demostrado que la nicotina altera los patrones eléctricos normales en el cerebro del embrión en crecimiento, básicamente eliminando o reduciendo el contraste del plano bioeléctrico, un "mapa" de niveles de voltaje variables alrededor de las células que guíanpatrón y crecimiento de tejidos y órganos. La nicotina en humanos se ha relacionado con la morbilidad prenatal, la muerte súbita del lactante, el trastorno por déficit de atención con hipersensibilidad TDAH y otros déficits en la función cognitiva, el aprendizaje y la memoria, pero quedaban muchas preguntas sobre cómo estomolécula induce defectos estructurales en el cerebro.
Los autores aplicaron nicotina a los embriones de ranas en desarrollo para crear defectos neuronales con la intención de identificar intervenciones específicas que pudieran revertir los efectos nocivos de la sustancia química. Su investigación previa identificó un elemento particular en la señalización eléctrica natural que controla el desarrollo cerebral, el ciclo cíclico activado por hiperpolarizaciónCanal 2 de nucleótidos HCN2, que fue capaz de restaurar los patrones bioeléctricos, al igual que aumentar el contraste con una herramienta de edición de fotos, y proteger contra los defectos inducidos por la nicotina.
Hay dos nuevos descubrimientos importantes en este estudio. Primero, a diferencia del trabajo previo en el que se utilizó una forma de terapia génica que modifica la expresión de HCN2 para reparar los defectos, los nuevos experimentos mostraron que se puede lograr el mismo efecto sin introducirun gen: en cambio, se usaron fármacos de molécula pequeña para activar los canales de HCN2 ya presentes en el embrión de rana.En segundo lugar, los investigadores demostraron que la información del patrón eléctrico que gobierna el desarrollo del cerebro se puede restablecer desde una ubicación distante en el embrión.
"Lo que fue notable de los experimentos en este estudio es que cuando aumentamos la expresión de HCN2 a una distancia del cerebro, en regiones no neuronales, los defectos en el cerebro aún se repararon o previnieron", dijo Michael Levin, VannevarBush Profesor de Biología en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts y director del Centro de Descubrimiento Allen en Tufts. "Vimos que HCN2 en una parte del embrión podía restaurar el patrón bioeléctrico no solo localmente, sino también a distancia".
agregó: "Las instrucciones para construir un animal completamente desarrollado, incluidos órganos tan complejos como el cerebro, se distribuyen entre todas las células del embrión", agregó. "Estos resultados sugieren que podría no tener que apuntar directamente a la región dañada,y podemos usar drogas en lugar de manipulación genética, lo que abre muchas oportunidades para el despliegue biomédico "
En un embrión en desarrollo, las señales bioeléctricas ayudan a guiar el patrón de la formación de tejidos y órganos, así como la regeneración después de una lesión. Están formadas por iones con carga eléctrica que entran y salen de las células para crear diferencias de voltaje en las membranas celulares.El patrón de diferencias de voltaje entre el conjunto completo de células en el embrión ayuda a guiar la asimetría entre los lados izquierdo y derecho del cuerpo, la formación y el desarrollo del corazón, los músculos, las extremidades y la cara, y, por supuesto, el crecimiento y la organización del órgano más complejo.en el cuerpo, el cerebro.
Un modelo computacional de un conjunto de células que representa un embrión y sus patrones eléctricos confirmaron que rescatar el desarrollo normal del cerebro del daño por nicotina no requería un objetivo específico de la región dañada. HCN2 aumenta la hiperpolarización de una célula mayores cargas negativas internas,Entonces, cuando se le pidió al modelo que hiperpolarizara un pequeño parche de tejido lejos del cerebro, ese parche podría propagarse y restaurar la polarización de las regiones hasta el cerebro, preparando el escenario para el desarrollo normal.
"Al pensar en defectos congénitos, especialmente en el cerebro, estos resultados sugieren que no necesitamos apuntar a la región específica que está dañada. Podemos colocar la solución casi en cualquier parte del embrión, y la información se comunicará con elresto del embrión para restablecer las instrucciones del cuerpo a la normalidad ", dijo Vaibhav Pai, Ph.D., científico investigador en el Centro de Descubrimiento Allen en Tufts y primer autor del estudio." Eso nos llevó a pensar, ¿podríamos encontrar unmedicamento que activó HCN2 y lo usa para prevenir defectos en cualquier parte del embrión, o incluso para reparar defectos que ya están en marcha ".
Existen medicamentos que activan el HCN2, lamotrigina y gabapentina, y ya están aprobados por la FDA para otras indicaciones. Los investigadores volvieron a exponer los embriones de rana a la nicotina y luego los trataron con los medicamentos en diferentes etapas del desarrollo embrionario. Nicotina-los embriones expuestos que no fueron tratados con medicamentos condujeron a aproximadamente el 68% de los renacuajos con defectos cerebrales. En comparación, el tratamiento de los embriones expuestos a nicotina con lamotrigina o gabapentina condujo a una reducción significativa de los defectos cerebrales tan solo 10% y 16% de los renacuajos condefectos cerebrales, respectivamente.
La restauración se extendió más allá de los defectos eléctricos y observados físicamente, ya que los autores demostraron que los renacuajos expuestos a la nicotina tratados con los medicamentos no solo restauraron la expresión de marcadores genéticos del desarrollo cerebral normal, sino que también mostraron una capacidad de aprendizaje normal por ejemplo, entrenamiento para evitar la luz roja, que se pierde en renacuajos expuestos a la nicotina no tratados, mostrando un rescate muy completo de la histología molecular al comportamiento.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tufts . Original escrito por Mike Silver. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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