Ingeniería de células nerviosas para estudiar la relación entre la forma y la función en la salud y la enfermedad
Las matrices LAM permiten el cultivo de axones en el rango de cm después de 21 días de diferenciación o en el rango de mm después de 14 días de diferenciación. Los axones motores de rango m se logran después de 1 día de diferenciación. Crédito: Instituto Francis Crick
Investigadores del Instituto Francis Crick y del King’s College de Londres han demostrado que la longitud de las células nerviosas está íntimamente relacionada con su función. Su modelo preciso permite el estudio de procesos estructurales y funcionales en estas células, lo que ofrece información importante sobre enfermedades neurológicas.
Las neuronas motoras de la médula espinal son el objetivo de varias enfermedades neurológicas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Pueden tener hasta 1 m de longitud debido a axones extremadamente largos, fibras delgadas que se extienden desde la célula. Se ha observado previamente que los primeros signos de enfermedad aparecen primero al final de los axones, y los axones más largos muestran signos de disfunción antes que los más cortos. Por lo tanto, el estudio de los axones largos podría conducir a una mejor comprensión de algunas enfermedades neurológicas. Sin embargo, hasta la fecha, los estudios de laboratorio han utilizado células que son mucho más cortas de lo que son dentro de nuestros cuerpos.
En su estudio, publicado en Advanced Healthcare Materials (jueves 3 de febrero), los científicos desarrollaron una bioingeniería plataforma que les permitió desarrollar neuronas motoras humanas con longitudes axonales definidas, desde cientos de micrómetros hasta 1 cm y más, sin variar otras características significativas.
Dr. Andrea Serio, autora principal y líder de grupo del Laboratorio de Modelado de Enfermedades y Bioingeniería de Circuitos Neurales en Crick y profesora de Ingeniería de Tejidos Neurales en King’s, dice: «Poder hacer crecer neuronas motoras humanas hasta 1 cm y más, de manera controlada, proporciona un mejor modelo que usar celdas de solo un par de milímetros, o incluso de algunos cientos de micrómetros de largo. Fundamentalmente, la pregunta simple que queríamos abordar es: «¿Importa cuánto tiempo duran?»
«La respuesta es sí. Esta es la primera vez que se demuestra que la longitud de las neuronas está estrechamente relacionada con su función. Continuaremos desarrollando nuestra plataforma con la esperanza de hacer crecer estas células a una longitud más larga, lo que es aún más representativo de su tamaño en el cuerpo».
Usando su nueva plataforma, que involucra el crecimiento de neuronas en un sustrato microfabricado, los investigadores pudieron decidir a qué longitud hacer crecer estas células.
Compararon neuronas motoras de varias longitudes, entre 2 mm y 1 cm. En las células que tenían más de 5 mm de largo, había cambios significativos en la forma en que mantienen la actividad celular, la estabilidad y el metabolismo. Por ejemplo, por encima de esta longitud, las neuronas tienen más mitocondrias y también es más probable que permanezcan en el mismo lugar en lugar de moverse. Y en algunas partes de las neuronas más largas, más de estos orgánulos tienen forma circular en lugar de alargada.
Cathleen Hagemann, primera autora y estudiante de doctorado en el Laboratorio de Modelado de Enfermedades y Bioingeniería de Circuitos Neurales de Crick and King’s, dice: «Nuestro estudio comienza a responder la pregunta si importa la forma neuronal y también si la función de la célula se adapta a ella. Los resultados hasta ahora apoyan esta hipótesis. Hay un umbral de longitud, de unos 5 mm, por encima del cual algunos procesos biológicos clave en la célula cambian o se adaptan».
Andrea añade: «Uno de los hallazgos más interesantes es esta idea de una ‘longitud de umbral’ que las neuronas necesitan alcanzar antes, esencialmente, de cambiar de marcha en sus metabolismos y ciertos mecanismos. Si compara la célula con una ciudad, esperaría que una pequeña ciudad bien diseñada tenga una infraestructura muy diferente en comparación con una gran ciudad, por ejemplo, cómo se transportan las cosas y cuánta energía necesita. Una vez que alcance un cierto tamaño, la infraestructura y los servicios cambiarán para adaptarse al nuevo desafío».
A medida que avanza este proyecto, los investigadores ahora usan su plataforma para cultivar neuronas a partir de células donadas por personas con ELA, en para crear modelos más precisos de la enfermedad y potencialmente mejores plataformas para probar nuevas terapias. También están realizando estudios para determinar si estos mecanismos se conservan en todas las especies.
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Los modelos miniaturizados de interacciones neurona-músculo dan insight in ALS Más información: Cathleen Hagemann et al, Axonal Length Determines Distinct Homeostatic Phenotypes in Human iPSC Derived Motor Neurons on a Bioengineered Platform, Advanced Healthcare Materials (2022). DOI: 10.1002/adhm.202101817 Información de la revista: Advanced Healthcare Materials
Proporcionado por The Francis Crick Institute Cita: Ingeniería de células nerviosas para estudiar la relación entre forma y diversión ction in health and disease (2022, 7 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-nerve-cells-relationship-function-health.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.