Los Chips de Órganos Podrían Ayudar a Resolver el Misterio de la ELA
El Modelo de Laboratorio Basado en la Vida Real de Cedars-Sinai es una Nueva vía Para que los Investigadores Estudien las Neuronas Motoras que Mueren en Pacientes con la Enfermedad Neurodegenerativa
Utilizando células madre de pacientes con ELA (esclerosis lateral amiotrófica), Cedars-Sinai ha creado un modelo de vida real de la enfermedad misteriosa y fatal que podría ayudar a identificar una causa de la enfermedad, así como tratamientos eficaces.
En un estudio publicado en la revista Cell Stem Cell, los investigadores detallan cómo crearon la “ELA en un chip” y las claves que el chip de laboratorio especializado ya ha aportado sobre las causas no genéticas de la enfermedad, también conocida como enfermedad de Lou Gehrig.
El trabajo se basa en estudios anteriores en los que células adultas de pacientes con ELA se convirtieron en células madre. A continuación, las células se estimulaban para producir motoneuronas, que mueren en la enfermedad, provocando la pérdida progresiva de la capacidad de moverse, hablar, comer y respirar.
En este estudio, las motoneuronas de pacientes con ELA se sembraron en los canales superiores de chips de microingeniería. Las células que forman la barrera hematoencefálica se sembraron en los canales inferiores de los chips. Los dos canales están conectados a través de una membrana porosa que permite a los investigadores hacer circular fluidos a través de los chips para imitar la circulación sanguínea.
Los investigadores crearon un segundo grupo de chips especializados utilizando células de individuos que no padecían ELA y, a continuación, emplearon tecnologías avanzadas para analizar más de 10.000 genes en las motoneuronas de ambos grupos de chips.
“En nuestros primeros trabajos, no pudimos detectar muchas diferencias entre las motoneuronas de pacientes con ELA y las de individuos sanos,” señaló el doctor Clive Svendsen, director ejecutivo del Instituto de Medicina Regenerativa de la Junta de Gobernadores de Cedars-Sinai y autor principal del estudio. "Pero esos estudios empleaban cultivos de laboratorio tradicionales que son estáticos como un estanque. En el cuerpo, los vasos sanguíneos proporcionan un flujo constante de fluidos para aportar nutrientes y eliminar residuos, e incluso pueden proporcionar otros tipos de apoyo a las motoneuronas."
En los chips especializados, las motoneuronas maduraron de forma más completa de lo que lo harían en una placa estática, y los investigadores pudieron detectar diferencias claras en las células de pacientes con ELA.
”Nos intrigó descubrir que las señales de glutamato, una sustancia química que envía mensajes excitatorios entre neuronas, estaban alteradas en las motoneuronas de la ELA,” explica Svendsen. "La liberación excesiva de glutamato se considera desde hace tiempo una posible causa de la ELA, y uno de los pocos fármacos aprobados para tratar la enfermedad se dirige a este neurotransmisor. Los cambios que encontramos no parecen causar ningún problema a las motoneuronas cuando son jóvenes, pero a lo largo de muchos años es posible que este aumento de la señalización de glutamato sea parte de los motivos por los que las motoneuronas mueren en la ELA."
Svendsen afirmó que, aunque estos resultados son emocionantes, la siguiente tarea del equipo es determinar si este aumento de la señalización del glutamato conduce directamente a la disfunción o muerte de las células. También señaló que el glutamato es probablemente sólo una pieza de un rompecabezas mucho mayor que subyace a la causa de la ELA.
“Estos modelos nos permiten comprender mejor las fases más tempranas del proceso de la enfermedad,” afirma Svendsen. "Aún no hemos atado todos los cabos, pero a partir de estos hallazgos tenemos un modelo que nos permitirá poner a prueba nuestras teorías. Si podemos demostrar que la señalización del glutamato acaba enfermando a las motoneuronas de la ELA, por ejemplo, podremos aplicar fármacos en la parte de los vasos sanguíneos del chip para imitar un ensayo clínico. Esos experimentos están en curso."
Otros autores son Deepti Lall, Michael Workman, Samuel Sances, Briana N. Ondatje, Shaughn Bell, George Lawless, Amanda Woodbury, Dylan West, Amanda Meyer, Andrea Matlock, Vineet Vaibhav y Jennifer E. Van Eyk.
Financiamiento: Este trabajo fue financiado por NIH-NCATS subvenciones 1UG3NS105703-01 y 1UG3TR003264-01, y la financiación de la Asociación ALS.
Cedars-Sinai posee una participación minoritaria en Emulate, la empresa que produce los Organ-Chips microfluídicos del estudio. Un directivo de Cedars-Sinai también forma parte del Consejo de Administración de Emulate. C.N.S forma parte del consejo asesor de Cell Stem Cell.
La Universidad de Ciencias de la Salud de Cedars-Sinai promueve investigaciones pioneras y forma a futuros líderes en medicina, ciencias biomédicas y ciencias de la salud. Más información sobre la universidad.