Descubrimiento del cerebro de la rana puede allanar el camino para reparar defectos de nacimiento en humanos

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Por Angela Betsaida B. Laguipo, BSN Un nuevo estudio sobre el cerebro de la rana puede conducir a formas innovadoras de reparación de discapacidades congénitas en humanos.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Tufts, la Universidad de Valencia y la Universidad de Harvard descubrió que los cerebros de los embriones de ranas dañados por la exposición a la nicotina pueden repararse mediante el uso de “ionocéuticos” que pueden ayudar en la recuperación de los patrones bioeléctricos en el embrión.

El estudio, que fue publicado en la revista Frontiers of Cellular Neuroscience , destaca la posibilidad de estrategias de tratamiento basadas en la restauración del modelo o mapa bioeléctrico para el desarrollo embrionario. El estudio puede allanar el camino para el desarrollo de medicamentos y terapias para ayudar a reparar defectos congénitos en el futuro.

Los defectos inducidos por la nicotina en el cerebro del embrión de rana (centro) se pueden rescatar trasplantando un parche que expresa HCN2 en el embrión lejos del cerebro. Se observa que los embriones tratados tienen una morfología y función cerebral normal (derecha). La vista de la cabeza del embrión normal se muestra a la izquierda. Se observan resultados similares cuando los embriones expuestos a nicotina se tratan con medicamentos iono farmacéuticos. (FB = cerebro anterior; MB = cerebro medio; HB = cerebro posterior) Crédito de la imagen: Vaibhav Pai, Universidad de Tufts

¿Qué son los patrones bioeléctricos?

Las señales bioeléctricas entre las células controlan y guían el desarrollo embrionario del cerebro. Estudios anteriores han demostrado que manipular estas señales puede reparar defectos genéticos e inducir el desarrollo de tejido cerebral sano.

En un estudio publicado en el Journal of Neuroscience en 2015, los mismos científicos revelaron que la señalización bioeléctrica controla la actividad de dos factores de reprogramación celular, que probaron en embriones de rana con garras africanas.

El equipo descubrió que las células se comunican incluso a largas distancias en el embrión mediante el uso de señales bioeléctricas. Las células usan estos datos para saber dónde formar un cerebro y qué tan grandes deben ser los cerebros.

Los hallazgos de su estudio actual se basaron en su investigación previa sobre señales bioeléctricas.

Efectos de la nicotina en el cerebro

Ahora, el equipo tuvo como objetivo ver cómo las señales bioeléctricas pueden ayudar a reparar el cerebro dañado por la nicotina.

La nicotina es un alcaloide parasimpaticomimético estimulante y potente que se produce de forma natural en la familia de plantas de sombra de noche. La nicotina es altamente adictiva. Es una de las drogas de abuso más frecuente. El uso terapéutico primario de la nicotina es tratar la dependencia de la nicotina para eliminar el tabaquismo.

Estudios anteriores han demostrado que la nicotina puede alterar los patrones eléctricos normales en el cerebro de un embrión en crecimiento. Se descubrió que puede reducir el contraste del modelo bioeléctrico, que es un mapa de diferentes niveles de voltaje alrededor de las células. Este mapa ayuda y guía el patrón y el crecimiento de órganos y tejidos.

La nicotina en humanos se ha relacionado con diversos efectos sobre la salud, incluida la muerte fetal intrauterina, el trastorno por déficit de atención con hipersensibilidad (TDAH), la muerte súbita del lactante y otros déficits de la función cognitiva. También puede afectar la memoria del niño y sus habilidades de aprendizaje.

Resultados del estudio

En el estudio, los investigadores aplicaron nicotina al desarrollo de embriones de rana para generar defectos neuronales. Quieren determinar las intervenciones específicas que pueden revertir los efectos nocivos de la sustancia química. En el estudio anterior, el equipo identificó un elemento específico en la señalización eléctrica natural que controla el desarrollo del cerebro: el canal 2 activado por nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización (HCN2), que fue capaz de restaurar los patrones bioeléctricos.

En 2015, el equipo intentó reparar los defectos utilizando una forma de terapia génica que modifica la expresión de HCN2. Sin embargo, en el estudio actual, no se utilizó ningún gen. En cambio, el equipo descubrió que se pueden lograr los mismos efectos mediante el uso de fármacos de molécula pequeña para estimular los canales de HCN2 que ya están presentes dentro del embrión. A continuación, el equipo ha demostrado que pueden restablecer la información del patrón eléctrico que supervisa el desarrollo del cerebro desde una ubicación distante en el embrión.

Michael Levin, autor del estudio, y profesor de biología de Vannevar Bush en la Universidad de Tufts, dijo que el estudio es un gran avance en la prevención de defectos del tubo neural y defectos de nacimiento en embriones. Además, agregó que cuando el equipo aumentó la expresión de HCN2 a una distancia del cerebro, como en las regiones no neurales, aún pudieron prevenir o reparar los defectos en el cerebro.

“ Las instrucciones para construir un animal completamente desarrollado, incluidos órganos tan complejos como el cerebro, se distribuyen entre todas las células del embrión. Estos resultados sugieren que podríamos no tener que apuntar directamente a la región dañada, y podemos usar medicamentos en lugar de manipulación genética, lo que abre muchas oportunidades para el despliegue biomédico ”, agregó Levin.

Fármacos terapéuticos que activaron HCN2

Los hallazgos del estudio han llevado a los científicos a pensar que puede haber un medicamento que active el HCN2. Pueden usar el medicamento para prevenir defectos en el embrión. En la actualidad, dos medicamentos pueden activar HCN2: gabapentina y lamotrigina. Ya están aprobados por la FDA y son seguros de usar. Para probar su hipótesis, el equipo expuso los embriones a la nicotina y los trató con medicamentos durante las diversas etapas del desarrollo embrionario.

El equipo descubrió que el 68 por ciento de los renacuajos que no fueron tratados con drogas tenían defectos cerebrales. Por otro lado, los embriones que fueron tratados con cualquiera de las drogas tuvieron una reducción de defectos cerebrales. Alrededor del 10 por ciento de las ranas tratadas con lamotrigina y el 16 por ciento de las tratadas con gabapentina tenían defectos cerebrales.

” Nuestros resultados y modelo cuantitativo identifican un poderoso mecanismo de control morfogenético que podría ser el objetivo de la futura medicina regenerativa que explota los fármacos moduladores de canales iónicos aprobados para uso humano “, concluyó el equipo en el estudio.

Referencias de revistas:

Pai, VP Lemire, JM, Pare, JF, Lin, G., Chen, Y. y Levin, M. (2015) Gradientes endógenos de tejido neuronal embrionario de patrón instructivo potencial en reposo mediante señalización de muesca y regulación de la proliferación. Revista de Neurociencia. https://www.jneurosci.org/content/35/10/4366
Pai, V., Cervera, J., Mafe, S., Willocq, V., Lederer, E. y Levin, M. (2020). Rescate inducido por el canal HCN2 de la teratogénesis cerebral mediante reparación bioeléctrica local y de largo alcance. Frontiers in Cellular Neuroscience. https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncel.2020.00136/full

Vía: News-medical


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