Los defectos en el desarrollo del cerebro de rana se pueden prevenir o reparar con medicamentos bioeléctricos
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 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 la nicotina se tratan con fármacos ionocéuticos. (FB = prosencéfalo; MB = mesencéfalo; HB = rombencéfalo) Crédito: Vaibhav Pai, Universidad de Tufts
Investigadores dirigidos por biólogos de la Universidad de Tufts han descubierto que los cerebros de embriones de rana en desarrollo dañados por la exposición a la nicotina pueden repararse mediante el tratamiento con ciertos medicamentos llamados «ionocéuticos» que impulsan la recuperación de patrones bioeléctricos en el embrión, seguidos de la reparación de la anatomía normal, la expresión génica y la función cerebral en el renacuajo en crecimiento. La investigación, publicada hoy en Frontiers in Neuroscience, presenta 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 los defectos de nacimiento.
Estudios anteriores habían demostrado que la nicotina interrumpe los patrones eléctricos normales en el cerebro del embrión en crecimiento, básicamente lavando o reduciendo el contraste del plano bioeléctrico, un «mapa» de niveles de voltaje variables alrededor de las células que guía el patrón y crecimiento de tejidos y órganos. La nicotina en los seres 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 quedan muchas preguntas sobre cómo esta molécula induce defectos estructurales en el cerebro.
Los autores aplicaron nicotina al desarrollo de embriones de rana para crear defectos neuronales con la intención de identificar intervenciones específicas que pudieran revertir los efectos nocivos de la sustancia química. Su investigación anterior identificó un elemento particular en la señalización eléctrica natural que controla el desarrollo del cerebro, el canal 2 dependiente de nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización (HCN2), que fue capaz de restaurar los patrones bioeléctricos de manera similar a marcar el contraste con una herramienta de edición de fotos y proteger contra defectos inducidos por la nicotina.
Hay dos nuevos descubrimientos importantes en este estudio. En primer lugar, a diferencia del trabajo anterior en el que se utilizó una forma de terapia génica que modificaba la expresión de HCN2 para reparar los defectos, los nuevos experimentos demostraron que se puede lograr el mismo efecto sin introducir un gen. En cambio, se utilizaron fármacos de molécula pequeña para activar los canales de HCN2. ya presente en el embrión de rana. En segundo lugar, los investigadores demostraron que la información de patrones eléctricos 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, profesor de biología Vannevar Bush en la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Tufts y director del Allen Discovery Center en mechones «Vimos que el HCN2 en una parte del embrión podía restaurar el patrón bioeléctrico no solo localmente, sino también a distancia».
«Las instrucciones para construir un animal completamente desarrollado, incluidos órganos tan complejos como el cerebro, se distribuyen entre todas las células del embrión», añadió. «Estos resultados sugieren que es posible que no tengamos que apuntar directamente a la región dañada y que podemos usar medicamentos en lugar de manipulación genética, lo que abre muchas oportunidades para el despliegue biomédico».
En un embrión en desarrollo, el Las señales bioeléctricas ayudan a guiar el patrón de formación de tejidos y órganos, así como la regeneración después de una lesión. Están formados por iones cargados eléctricamente que entran y salen de las células para crear diferencias de voltaje a través de las membranas celulares. El patrón de diferencias de voltaje entre todo el conjunto de células del embrión ayuda a guiar la asimetría entre los lados izquierdo y derecho del cuerpo, la formación y desarrollo del corazón, los músculos, las extremidades y la cara y, por supuesto, el crecimiento y la organización de los más complejos. órgano en el cuerpoel cerebro.
Un modelo computacional de un conjunto de células que representan un embrión y sus patrones eléctricos confirmó que rescatar el desarrollo normal del cerebro del daño de la nicotina no requería una orientación específica de la región dañada. HCN2 aumenta la hiperpolarización de una célula (aumento de las cargas negativas internas), por lo que 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, estableciendo el etapa para el desarrollo normal.
«Al pensar en defectos de nacimiento, especialmente en el cerebro, estos resultados sugieren que no necesitamos enfocarnos en la región específica que está dañada. Podemos colocar la corrección en casi cualquier parte del el embrión, y la información se comunicará con el resto del embrión para restablecer las instrucciones del cuerpo a la normalidad», dijo Vaibhav Pai, Ph.D., científico investigador del Allen Discovery Center en Tufts y primer autor del estudio. «Eso nos llevó a pensar, ¿podríamos encontrar un fármaco que activara HCN2 y usarlo para prevenir defectos en cualquier parte del embrión, o incluso reparar defectos que ya están en marcha?»
Existen fármacos que activan 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 las drogas en diferentes etapas del desarrollo embrionario. Los embriones expuestos a la nicotina que no fueron tratados con medicamentos dieron lugar a alrededor del 68% de los renacuajos con defectos cerebrales. En comparación, el tratamiento de embriones expuestos a la nicotina con lamotrigina o gabapentina condujo a una reducción significativa de los defectos cerebrales (tan solo el 10 % y el 16 % de los renacuajos con defectos cerebrales, respectivamente).
La restauración se extendió más allá de lo eléctrico y lo físico. defectos observados, ya que los autores demostraron que los renacuajos expuestos a la nicotina tratados con las drogas no solo restauraron la expresión de los marcadores genéticos del desarrollo cerebral normal, sino que exhibieron una capacidad de aprendizaje normal (por ejemplo, entrenamiento para evitar la luz roja), que se pierde en la nicotina no tratada. -renacuajos expuestos, mostrando un rescate muy completo desde la histología molecular hasta el comportamiento.
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Investigadores rescatan embriones de defectos cerebrales mediante la reingeniería de patrones de voltaje celular Más información: Pai, V., Cervera, J., Mafe, S., Willocq, V ., Lederer, E. y Levin, M. «Rescate de la teratogénesis cerebral inducido por el canal HCN2 a través de la reparación bioeléctrica local y de largo alcance» Frontiers in Neuroscience (2020). DOI: 10.3389/fncel.2020.00136 Información de la revista: Frontiers in Neuroscience
Proporcionado por la Universidad de Tufts Cita: Los defectos en el desarrollo del cerebro de rana se pueden prevenir o reparar con fármacos bioeléctricos (2020, 26 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-defects-frog-brain-bioelectric-drugs.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.