Los pasos iniciales para mostrar a los nervios su dirección de crecimiento magnéticamente
Las nanopartículas magnéticas elevan las esperanzas de tratamientos para el Parkinson
Una de las razones por las que el daño nervioso en el cerebro no puede regenerarse fácilmente es que las neuronas no saben en qué dirección deben crecer. Un equipo de investigadores de la Ruhr-Universität Bochum (RUB), la Universidad de la Sorbona de París y la Technische Universität Braunschweig está trabajando ahora en mostrarles la dirección usando nanopartículas magnéticas. El equipo dirigido por el Profesor Rolf Heumann, Investigador Senior de Neurobioquímica Molecular en la RUB, espera que esto permita aliviar los efectos de las enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson a largo plazo. Los resultados del trabajo se publicaron el 31 de diciembre de 2020 en la revista Scientific Reports.
Magnéticamente, las nanopartículas encontraron su camino hacia las puntas de los procesos de las células nerviosas.
© Molekulare Neurobiochemie
Las neuritas no conocen el camino
La restauración de la función cerebral después de una lesión o debido a enfermedades neurodegenerativas sigue siendo un problema no resuelto en la neurociencia y la medicina. La regeneración del sistema nervioso central sólo es posible en un grado muy limitado, ya que la neurona regeneradora, el axón, entra en contacto con proteínas que tienen propiedades inhibidoras del crecimiento. "El axón regenerador tampoco sabe inicialmente en qué dirección necesita crecer para alcanzar y conectar funcionalmente el tejido diana denervado", explica Rolf Heumann.
La vía de señalización permite que las fibras nerviosas crezcan
El equipo de Bochum pudo demostrar previamente que la activación de una vía de señalización central dentro de las neuronas, que es activada por la proteína Ras unida a la membrana celular, protege a las células de la degeneración y también provoca el crecimiento de la fibra. Los investigadores querían controlar la dirección del crecimiento de la fibra en el proyecto actual. Para ello, utilizaron nanopartículas magnéticas, que implantaron en el interior de las neuronas modelo. La activación de la vía de señalización de Ras es activada por la proteína Ras permanentemente activa o por una proteína conmutadora reguladora de Ras.
El control de las nanopartículas con puntas magnéticas
"Inicialmente demostramos que podíamos mover las nanopartículas ferrosas dentro de las neuronas de forma controlada usando puntas magnéticas", explica Fabian Raudzus. El grupo también tuvo éxito en la unión de la proteína de interruptor reguladora de Ras dentro de la célula a las nanopartículas y en el transporte magnético de las mismas a la membrana celular. Los investigadores pudieron entonces implantar estas nanopartículas funcionalizadas en la neurona y permitir que se acumularan en su punta, donde se determina la dirección del crecimiento. La unión de las nanopartículas y la proteína de interruptor Ras se demostró mediante mediciones de dispersión de la luz y mediante procedimientos microscópicos como la espectroscopia de correlación de fluorescencia.
El equipo de investigación ve un potencial terapéutico en la capacidad de controlar magnéticamente las nanopartículas funcionalizadas en las fibras nerviosas: "El investigador japonés, el profesor Jun Takahashi, ha iniciado recientemente un ensayo clínico basado en el trasplante de neuronas personalizadas, para reemplazar ciertas neuronas dopaminérgicas que se pierden debido al Parkinson" explica Heumann. "El objetivo a largo plazo de nuestro estudio es promover la regeneración de las neuronas dopaminérgicas trasplantadas utilizando nanopartículas magnéticas funcionalizadas en el cerebro".
Suministrando varios millones de neuronas
Para lograrlo, las nanopartículas deben ser introducidas en varios millones de neuronas. El equipo fue capaz de demostrar, utilizando células modelo, que grandes poblaciones de células fueron cargadas simultáneamente con estas nanopartículas magnéticas utilizando un método simple basado en la presión mecánica. Esto no interrumpió la inducción del crecimiento de las fibras nerviosas.
"Aunque todavía estamos lejos de una aplicación clínica, esperamos que nuestros experimentos representen un primer paso para apoyar la regeneración de las neuronas dopaminérgicas trasplantadas en el tratamiento del Parkinson", dice Rolf Heumann.
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Publicación original
Fabian Raudzus, Hendrik Schöneborn, Sebastian Neumann, Emilie Secret, Aude Michel, Jérome Fresnais, Oliver Brylski, Christine Ménager, Jean Michel Siaugue, Rolf Heumann; "Magnetic spatiotemporal control of SOS1 coupled nanoparticles for guided neurite growth in dopaminergic single cells"; Scientific Reports; 2020
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