3-IMPLANTES NEURALES OPTOGENÉTICOS

RESTABLECIMIENTO DE LA FUNCIÓN MOTRIZ RESPIRATORIA GRACIAS A LOS IMPLANTES NEURALES OPTOGENÉTICOS

Os adjunto informe sobre un proyecto de ensayo, subvencionado por la >>> Fundación Thierry Latran (Francia), cuyo objeto es de desarrollar un nuevo sistema de respiración artificial que, de tener éxito, podría terminar con las traqueotomías y las mascarillas que tantos problemas causan a las personas que necesitan de estos medios.

La Fundación Thierry Latran es una fundación europea que tiene como objetivos la financiación de la investigación fundamental, aplicada y clínica potencialmente beneficiosa para el tratamiento de la ELA esporádica, y la contribución en aunar los esfuerzos de investigación sobre esta patología en Europa. Todos los años la Fundación llama a concurso una serie de proyectos de investigación europeos y subvenciona aquellos que son seleccionados.

Esto podría ser una pista a explorar por nuestros investigadores.

Un abrazo Rafael Gil

RESTABLECIMIENTO DE LA FUNCIÓN MOTRIZ RESPIRATORIA GRACIAS A LOS IMPLANTES NEURALES OPTOGENÉTICOS

Ivo Lieberam, UK, Dr Patrick Degenaar Subvención: 80 000 €

La mayoría de los animales (incluido los seres humanos) que viven sobre la tierra, respira del aire a través de sus pulmones. La expansión y la contracción de los pulmones durante la respiración son controladas por un grupo de músculos ligados a la caja torácica. El ritmo de la respiración es generado en el cerebro y luego transmitido a los músculos a través de un tipo de células nerviosas especializadas llamadas " motoneuronas respiratorias». Los pacientes que sufren de la Esclerosis Lateral Amiotrófica (ELA) pierden la capacidad de respirar porque al destruir las motoneuronas respiratorias, la enfermedad provoca la pérdida de conexión con los músculos que controlan la respiración lo que induce la parálisis de estos músculos esenciales. El fallo respiratorio que resulta es la causa principal de defunciones en los pacientes afectados por la ELA.

Lo que proponemos es desarrollar un nuevo tipo de implante compuesto de elementos biológicos y electrónicos que servirán para aportar a los músculos "desconectados" un nuevo sistema artificial de respiración.

Este sistema sacará provecho de dos descubrimientos recientes de la ciencia biomédica: i) las motoneuronas pueden ser producidas por células madre embrionarias, un tipo de células inmaduras que pueden ser transformadas en cualquier tipo específico de células. En efecto, ha sido demostrado que las células nerviosas derivadas de células madre embrionarias sobreviven e inervan los músculos del cuerpo cuando son implantadas en el sistema nervioso del paciente. Ii) Los canales de rodopsinas son unos detectores fotosensibles moleculares que las algas y las bacterias utilizan para detectar la luz. Cuando un gen que codifica para un canal rodopsina es integrado en células humanas (u otro),estas células adquieren la capacidad de ser controladas por la luz. Esta fotosensibilidad es crucial porque aporta una interfaz de comunicación entre el componente biológico que se conecta al músculo (motoneuronas derivadas de células madre incorporadas) y un marcapasos electrónico que genera el ritmo respiratorio.

Recientemente, conseguimos producir motoneuronas derivadas de células madre embrionarias que comprendían un gen que codificaba para un canal de rodopsina. Estas neuronas en cultivo se conectan al músculo y pueden producir contracciones musculares cuando se las activa por medio flashes luminosos. Nuestro plan es trasladar las motoneuronas derivadas de células madre embrionarias al seno de nervios respiratorios que degeneran en ratones-modelos del ELA, y luego dejarlos reconectarse a los músculos respiratorios y a continuación controlar la respiración por medio de flashes luminosos.

Estos flashes regulares de luz serán producidos por el marcapasos y transmitidos a las motoneuronas por cables de fibras ópticas dentro del cuerpo. En principio, nuestro implante neural será similar a un marcapasos tradicionalmente utilizado para el músculo cardíaco, excepto que la conexión al músculo se hará por las motoneuronas artificiales implantadas y que el estímulo (luz) es específico a estas células nerviosas y no afecta a otros tejidos. Si las pruebas en los ratones modelos de ELA son exitosas, planeamos adaptarle esta tecnología al ser humano. La terapia que proponemos esta concebida para restablecer la respiración por la sustitución permanente de las células nerviosas enfermas con nuevas células nerviosas sanas y artificiales. Así, la función del implante neural no se vera afectado por la degeneración progresiva de las motoneuronas del paciente. Si conseguimos esto, este enfoque será utilizado para atenuar el síntoma más grave de la ELA para la vida del paciente (fallo respiratorio), tanto si la enfermedad es de origen esporádico o genético. En el largo plazo, un enfoque similar podría ser desarrollado para restablecer otras funciones motrices como la marcha.

Fines específicos:

1) Planificamos establecer varias líneas estables de células madre embrionarias, cada una de las cuales lleva un transgén que codifica para un gen de canal de rodopsina diferente, derivar las motoneuronas de estas células y de someter a un test " la aptitud " de cada uno de estos variantes con estimulación por la luz in vitro.

2) Desarrollaremos métodos para el diferenciación y la purificación de astrocitos provenientes de las células madre embrionarias que tenemos la intención de utilizar en el seno del injerto como soporte sano de las motoneuronas derivadas de células madre embrionarias in vivo.

3) Con el fin de establecer y de optimizar esta tecnología de implante optogenética, utilizaremos un modelo de lesión del nervio ciático para insertar las motoneuronas derivadas de células madre embrionarias en el nervio y determinar si las neuronas incorporadas extienden axones y establecen contactos sinápticos con los músculos de los miembros inferiores (por ejemplo, el gastrocnemio).

4) Conectaremos el injerto que contendrá las motoneuronas dentro del nervio ciático a un marcapasos óptico a través de cables de fibras ópticas y estimularemos las contracciones musculares del músculo del miembro inferior por flashes luminosos con el fin de establecer una interacción neuromuscular funcional entre las neuronas incorporadas y el músculo del paciente que perdió su conexión nerviosa (desnervado).

5) Después de optimizar la tecnología que concierne al implante opto genético en el modelo del nervio ciático, planificamos lde incorporar las motoneuronas derivadas de células madre embrionarias en el nervio frénico de ratas adultas en las cuales el diafragma habrá sido desnervado de un lado y someter a un test la capacidad de las células implantadas para inervar de modo funcional el diafragma semi-desnervado.

Posteriormente, este modelo será desarrollado para unir el injerto neural a un marcapasos óptico ex vivo con el fin de imponer un ritmo inspiratorio optogenético sobre el músculo del diafragma.

Dr Patrick Degenaar

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EQUIPO

Dr Ivo Lieberam, investigador en genética et inmunológica, Medical Research

Council Center for Developmental Neurobiology, King’s College London, GB

Pr Linda Greensmith, investigador en neurociencias, Institut de Neurologie de

l’University College London, GB

Dr Patrick Degenaar, investigador en bioelectrónica, School of Electrical, Electronic

and Computer Engineering, Newcastle University, GB

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