Modelo tridimensional de tejido similar al cerebro vincula la enfermedad de Alzheimer con herpes
Inmunotinción fluorescente en la que el rojo muestra fibrillas beta amiloides, el verde indica células infectadas con HSV-1 y el azul indica células muertas teñidas con DAPI. Crédito: Dana Cairns, Universidad de Tufts
Ingenieros y científicos dirigidos por la Universidad de Tufts utilizaron un modelo de cultivo de tejido humano tridimensional (3-D) que imitaba los componentes y las condiciones del cerebro para demostrar una posible relación causal entre la enfermedad de Alzheimer esporádica y Infección por el virus del herpes simple tipo I (HSV-1). Reportado hoy en Science Advances, el modelo permitirá más estudios sobre las causas y posibles tratamientos de esta devastadora condición neurodegenerativa.
Después de infectar las neuronas en el modelo cerebral creado mediante bioingeniería con HSV-1, los investigadores observaron la formación de placas amiloides, pérdida neuronal, neuroinflamación y disminución de la funcionalidad de la red neuronal, características típicas de la enfermedad de Alzheimer. El tratamiento de los modelos de tejido cerebral con el fármaco antiviral valaciclovir resultó en una reducción de la formación de placa y otros marcadores de la enfermedad.
Estudios realizados por otros investigadores han implicado a los patógenos como agentes ambientales que posiblemente causen el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer, con una número de estudios que apuntan al HSV-1.
«Nuestro modelo de tejido cerebral nos permitió observar más de cerca la posible relación causal entre el herpes y la enfermedad de Alzheimer, y los resultados fueron intrigantes», dijo David Kaplan, Stern Family Profesor de Ingeniería y presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería de Tufts. «Después de solo 3 días de infección por herpes, observamos formaciones de placas grandes y densas de proteína beta amiloide, así como una mayor expresión de algunas de las enzimas responsables de generar las placas. Observamos pérdida de neuronas, neuroinflamación y señalización deprimida entre las neuronas. Todo lo que observamos en pacientes. Nunca antes se habían replicado in vitro tantas facetas de la enfermedad».
Los investigadores encontraron que 40 genes asociados con el Alzheimer estaban sobreexpresados en las construcciones de tejido cerebral infectado con HSV-1 en comparación con los no -tejido infectado. Destacan entre ellos los genes que codifican las enzimas catepsina G y BACE2, ambas conocidas por estar asociadas con la enfermedad de Alzheimer e involucradas en la producción de péptidos beta amiloide que se encuentran en las placas. Algunos de estos productos genéticos sobreexpresados observados en el modelo de tejido podrían convertirse en objetivos para futuros fármacos candidatos.
«Este es un modelo de la enfermedad de Alzheimer que es muy diferente de lo que han usado otros estudios», dijo Dana Cairns, asociado de investigación postdoctoral en el laboratorio de David Kaplan y primer autor del estudio. «La mayoría de los otros estudios se basaron en el uso de mutaciones genéticas en las neuronas para inducir fenotipos similares a la enfermedad de Alzheimer y el nuestro no, que es lo que realmente lo distingue. Nuestro modelo que usa neuronas normales nos permite demostrar que el virus del herpes por sí solo es suficiente para inducir la enfermedad de Alzheimer». fenotipos de la enfermedad».
El valaciclovir, que mitigó las características similares a las de la enfermedad de Alzheimer en el modelo de tejido cerebral, es un medicamento antiviral aprobado por la FDA que se usa para tratar las infecciones por herpes. El fármaco también redujo la expresión a los niveles previos a la infección de varias moléculas y enzimas asociadas con la enfermedad de Alzheimer, como la presenilina-1. El modelo de tejido está configurado para facilitar la detección a gran escala de candidatos a fármacos terapéuticos o preventivos que se dirijan a la aparición más temprana de esta enfermedad compleja y devastadora.
La construcción 3-D consiste en una rosquilla de 6 mm de ancho, material similar a una esponja hecho de proteína de seda y colágeno y poblado con células madre neurales normales que luego son guiadas para diferenciarse en neuronas. El «anillo de dona» fomenta el crecimiento de las neuronas con los cuerpos celulares situados en la dona de seda y colágeno, mientras extiende los axones hacia el «agujero de la dona», haciendo conexiones neuronales e imitando tanto la materia gris como la materia blanca del cerebro, respectivamente. Los investigadores no solo pueden observar cambios físicos y biológicos en las neuronas en tiempo real usando métodos de imágenes, sino que también pueden monitorear la actividad eléctrica y la integridad de las redes de comunicación entre las células.
El modelo es especialmente adecuado para estudiar la orígenes de las enfermedades. La mayoría de los otros modelos in vitro existentes utilizan células de pacientes con enfermedad de Alzheimer de inicio temprano, que representa solo del 1 al 6 por ciento de los pacientes, células derivadas de tumores o inducidas a sobreexpresar factores que las empujan a un estado de enfermedad.
Sin embargo, las anomalías genéticas de estas células no necesariamente representan lo que sucede en la enfermedad esporádica, que ocurre sin herencia genética y por causas aún desconocidas en el 95 por ciento de los casos. Estos pacientes comienzan con tejido cerebral presumiblemente normal, con algunos factores de riesgo probablemente relacionados con la edad. Se sospecha que las condiciones ambientales juegan un papel más importante en el desencadenamiento de la cascada de reacciones moleculares que conducen a la aparición de la enfermedad. El modelo utilizado en este estudio comienza con células genéticamente normales, lo que permite un examen más claro de los factores ambientales que pueden conducir a la enfermedad.
Explore más
La formación de amiloide impulsa la pérdida de tejido cerebral en estudios con animales Más información: Cairns, DM, Rouleau, N., Parker, RN, Walsh, KG, Gehrke, L. y Kaplan, DL «Un modelo de tejido similar al cerebro humano en 3D de la enfermedad de Alzheimer inducida por herpes» Science Advances, 6 de mayo de 2020, 6:eaay8828. advances.sciencemag.org/content/6/19/eaay8828 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por la Universidad de Tufts Cita: modelo tridimensional de tejido similar al cerebro vincula la enfermedad de Alzheimer con el herpes (6 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-d-brain-like-tissue-links-alzheimer.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.