O alzhéimer causa unha perda progresiva de neuronas e das conexións que sosteñen funcións como a memoria e a aprendizaxe. Os tratamentos dispoñibles poden aliviar síntomas ou retardar a progresión da enfermidade, pero non permiten reconstruír os circuítos neuronais que xa resultaron danados.
Un equipo liderado por investigadores da Universidade de Carolina do Sur (EEUU) desenvolveu un nanoxel que pretende abordar precisamente ese problema. O sistema, denominado Nano-ERASER, utiliza células xa presentes no cerebro como fonte para producir novas neuronas. Os resultados, publicados en Cell Biomaterials, obtivéronse en cultivos celulares, organoides cerebrais humanos e un modelo de alzhéimer en rato.
“Nano-ERASER TN-PTBP1 pode converter astrocitos en neuronas dentro do cerebro con alzhéimer para substituír as neuronas perdidas”, explica a SINC Peisheng Xu, catedrático de Farmacia da Universidade de Carolina do Sur e autor principal do estudo.
Os astrocitos son células de soporte abundantes no sistema nervioso central. A súa posible conversión en neuronas estúdase como unha vía de rexeneración cerebral, aínda que ata o de agora resultou difícil lograla de forma eficaz e selectiva.
De astrocitos a neuronas
Nano-ERASER funciona como un vehículo para transportar ata os astrocitos un anticorpo dirixido contra PTBP1, unha proteína de unión ao ARN que contribúe a manter nestas células un programa distinto do neuronal.
“Este sistema pode actuar como unha lanzadeira que transporta o anticorpo contra PTBP1 a través da barreira hematoencefálica ata os astrocitos, onde o libera. O anticorpo pode entón degradar PTBP1 e desencadear a conversión dos astrocitos en neuronas”, sinala Xu.
Unha vez liberado dentro da célula, o anticorpo favorece a degradación de PTBP1 mediante un mecanismo celular denominado Trim-Away. Ao diminuír esta proteína actívanse cambios moleculares asociados ao desenvolvemento dunha identidade neuronal. O nanoxel está ademais deseñado para atravesar a barreira hematoencefálica, unha das principais dificultades para administrar tratamentos ao cerebro.
Un efecto transitorio e reversible
A diferenza de ferramentas de edición xenética como CRISPR, o procedemento non modifica o ADN, senón que actúa directamente sobre a proteína. Ademais, o seu efecto é transitorio e reversible: os niveis de PTBP1 poden recuperarse co tempo. Segundo os investigadores, isto podería ofrecer vantaxes de seguridade fronte a modificacións xenéticas permanentes, mais aínda é necesario determinar canto dura a reprogramación.
En cultivos de astrocitos humanos, as células tratadas adquiriron morfoloxía e marcadores propios das neuronas. Os investigadores comprobaron ademais mediante rexistros electrofisiolóxicos que as células resultantes podían producir actividade eléctrica sincronizada e formar redes funcionais.
Organoides humanos
O equipo avaliou despois o tratamento en organoides cerebrais derivados de células nai pluripotentes inducidas humanas, compostos por neuronas e astrocitos. Para reproducir algunhas características do alzhéimer esporádico, os organoides expuxéronse a soro humano, o que provocou alteracións como unha diminución da densidade neuronal.
Tras administrar Nano-ERASER, os investigadores observaron un aumento dos marcadores de neuronas maduras e unha recuperación da densidade neuronal ata niveis próximos aos dos organoides de control. Os rexistros eléctricos mostraron ademais que as neuronas xeradas eran funcionais e participaban en actividade sincronizada coas redes existentes.
“O estudo con organoides cerebrais humanos mostrou que TN-PTBP1 pode inducir a conversión de astrocitos en neuronas nun modelo de alzhéimer esporádico e que as neuronas xeradas están interconectadas e son funcionais”, comenta Xu.
Ratos 5XFAD
O seguinte paso foi estudar o sistema en ratos 5XFAD, un modelo que reproduce diferentes trazos do alzhéimer. Os animais tiñan oito meses, unha idade á que xa presentan unha perda neuronal importante, e recibiron dúas inxeccións intravenosas do tratamento, separadas por oito días.
Nestes animais, Nano-ERASER reduciu os niveis de PTBP1 nos astrocitos e favoreceu a neuroxénese no hipocampo. A análise posterior revelou unha maior presenza de marcadores de neuronas inmaturas e maduras e un aumento da densidade neuronal tanto nesta rexión cerebral, clave para a memoria, como noutras zonas.
O impacto no comportamento dos ratos
Os cambios celulares foron acompañados por melloras de comportamento. Os ratos tratados recuperaron progresivamente a súa capacidade para construír niños e, nunha proba de memoria espacial coñecida como labirinto acuático de Morris, necesitaron menos tempo para atopar unha plataforma oculta e lembraron mellor a súa localización, resultados compatibles cunha mellora da aprendizaxe e a memoria.
“Estes cambios celulares traducíronse en melloras significativas na construción de niños, a aprendizaxe espacial, a retención de memoria e o rendemento cognitivo”, explica Xu. Para o investigador, “os resultados máis significativos son o aumento da densidade neuronal e do rendemento cognitivo nos ratos con alzhéimer”.
O tratamento asociouse tamén cunha redución dos niveis das moléculas inflamatorias TNF-*α e IL-6 e da carga de beta amiloide, unha das características patolóxicas da enfermidade. Os autores observaron así mesmo sinais dunha mellor integridade da barreira hematoencefálica.
Porén, o propio artigo precisa que estes datos non demostran directamente que Nano-ERASER actúe sobre a microglía —as células inmunitarias do cerebro—, xa que a súa activación e os seus distintos estados non se analizaron especificamente.
Aínda en fase preclínica
Os resultados aínda non demostran que Nano-ERASER poida tratar o alzhéimer en persoas. Xu destaca como principal paso pendente a avaliación do sistema en animais máis próximos ao ser humano.
“A principal limitación é que aínda non se probou en primates non humanos”, indica a SINC. “Necesitamos demostrar a súa seguridade e eficacia nun modelo animal máis próximo ao ser humano que reproduza características do alzhéimer antes de expor o seu uso como tratamento en pacientes”.
O artigo sinala ademais que aínda hai que precisar canto dura o efecto, como se distribúen as nanopartículas entre os distintos tipos de células cerebrais e cal é a orixe exacta das novas neuronas observadas nos ratos. Tampouco se demostrou aínda que estas reconstrúan circuítos funcionais in vivo, e os ensaios de comportamento realizáronse con grupos pequenos de animais.
Segundo os autores, os próximos estudos centraranse en optimizar as doses, avaliar a seguridade a longo prazo e analizar a integración das neuronas xeradas nos circuítos cerebrais, ademais de probar o sistema en primates non humanos.
Referencia: Reverter a progresión da enfermidade de Alzheimer mediante a neuroreneración en adultos baseada en Nano-ERASER, publicado en Cell Biomaterials
