En un esfuerzo por identificar las causas subyacentes de trastornos neurológicos que afectan funciones motoras como caminar y respirar, investigadores de la UCLA han desarrollado un sistema nuevo para medir la comunicación entre las neuronas motoras derivadas de células medre y células musculares en una capsula de Petri.
El estudio provee una prueba de principio importante de que los circuitos motores funcionales pueden ser creados fuera del cuerpo utilizando esas neuronas y células y que el nivel de comunicación, o actividad sináptica, entre ellas puede ser medido con precisión estimulando las neuronas motoras con un electrodo y entonces seguirle la pista a la transferencia de actividad eléctrica hacia las células musculares con las cuales las neuronas están conectadas.
Cuando las neuronas motoras son estimuladas, ellas liberan neurotransmisores que despolarizan las membranas de las células musculares. Esto permite que el calcio y otros iones entren en las células, haciendo que estas se contraigan. Midiendo la intensidad de esta actividad, se puede tener una buena estimación de la salud general de las neuronas motoras.
Se cree que en algunas enfermedades neurodegenerativas la comunicación entre las neuronas motoras y las células musculares se deshace
Esta estimación puede arrojar luz sobre una variedad de enfermedades neurodegenerativas, como la atrofia muscular espinal y la esclerosis lateral amiotrófica (enfermedad de Lou Gehrig), en las cuales se cree que se deshace la comunicación entre las neuronas motoras y las células musculares.
Ahora que los investigadores tienen este método para medir la intensidad de las comunicaciones entre lasneuronas motoras y las células musculares, ellos pueden ser capaces de comenzar a explorar lo que ocurre en las primeras etapas de la enfermedad motora neuronal, antes que se haga prevalente la muerte neuronal. Esto les puede ayudar a determinar si las cosas comienzan a ir mal y proveerles con nuevas pistas sobre intervenciones terapéuticas que pueden mejorar la comunicación sináptica y promover la supervivencia neuronal.
La actividad de comunicación sináptica que el equipo fue capaz de crear y medir utilizando células musculares y neuronas motoras derivadas de células madre embrionarias de ratón parece muy similar a lo que se ve en un ratón, validando que su modelo es una representación realista de lo que está ocurriendo en un organismo vivo.
Creando neuronas motoras a partir de células madre:
En este estudio, el equipo utilizó células madre embrionarias de ratón para crear las neuronas motoras, y utilizaron líneas de precursores musculares establecidas anteriormente para producir las fibras musculares. Ellos pusieron ambos tipos de células juntas en una cápsula de Petri, y las células fueron cultivadas de una manera que promovía la comunicación. El equipo quiso ver si podrían formar contactos sinápticos de manera natural y si había o no transmisión neuronal entre ellas.
Para medir las conexiones entre las células, los científicos utilizaron una técnica llamada grabación dual de fijación de membrana. Una pipetas que contienen electrodos estimuladores y de grabación son insertadas en las membranas de las neuronas motoras y las células musculares, teniendo especial cuidado en no dañarlas. Con este método, los investigadores fueron capaces de enviar una corriente eléctrica a las neuronas motoras y medir las respuestas en las células musculares, al igual que visualizar las contracciones musculares.
El sistema in vitro desarrollado aquí podría ser expandido correspondientemente para evaluar los mecanismos celulares y moleculares subyacentes que contribuyen a esta disminución de la entrada sináptica a las neuronas motoras, declara el estudio. Así, además de su utilidad para ayudar a responder preguntas biológicas fundamentales, estos cocultivos tienen aplicaciones claras en el abordaje de problemas de significado médico.
Se espera recrear el trabajo utilizando neuronas motoras derivadas de células madre humanas:
Llendo hacia adelante, Bennett G. Novitch, profesor asistente de neurobiología y científico del Centro de Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre Eli and Edythe de la UCLA, y su equipo esperan recrear y confirmar el trabajo utilizando neuronas motoras derivadas de células madre humanas y células musculares y medir las comunicaciones sinápticas con métodos de grabación ópticos nuevos, que son menos invasivos que las técnicas de fijación de membrana utilizadas en este estudio.
Artículo original: Scientists Measure Communication Between Stem Cell-Derived Motor Neurons and Muscle Cells
