Terapias regenerativas y protectoras del Sistema Nervioso Central

Fernando Pitossi - Fundación Instituto Leloir

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Nuestro laboratorio tiene como objetivo general aportar información para el diseño de terapias protectoras o regenerativas para la enfermedad de Parkinson (EP). Hoy no existe ninguna terapia que modifique el curso de esta dolencia. La muerte de las neuronas dopaminérgicas del sistema nigroestriatal es la causa primaria de los síntomas motores que se observan en los pacientes. La activación microglial en el sistema nigroestriatal es un hallazgo fisiopatológico ubicuo en pacientes y modelos animales de EP. Nuestro laboratorio se ha enfocado durante los últimos 17 años en el estudio de la neuroinflamación en la EP para identificar nuevos blancos terapéuticos que sean la base de terapias protectoras contra esta dolencia. La primer pregunta que quisimos contestar fue: la activación microglial es solo una consecuencia de la muerte neuronal o posee efectos funcionales sobre la sobrevida de las neuronas y por lo tanto puede ser un blanco de ataque terapéutico? Al comienzo, hemos observado que la activación microglial posee efectos tanto tóxicos como neuroprotectores durante la neurodegeneración dopaminérgica y que las citoquinas por ellas secretadas son centrales en dichos efectos. Por ello, la segunda pregunta que nos realizamos fue: qué factores determinan efectos unívocos (tóxicos o neuroprotectores) de las citoquinas cerebrales sobre la neurodegeneración? En búsqueda de esa respuesta, hemos desarrollado 5 modelos animales de neurodegeneración a partir de la modulación de la neuroinflamación por citoquinas. En estos modelos, la magnitud, duración y momento de la expresión de cada citoquina permite predecir un efecto unívoco de la misma, permitiendo el estudio en profundidad del mecanismo de acción implicado. Hipotetizamos que existen mediadores comunes a los efectos tóxicos de las citoquinas en los 5 modelos generados por estímulos pro-inflamatorios diferentes. Así, utilizando genómica funcional, pretendemos identificar moléculas que estén “aguas abajo” de los estímulos inflamatorios utilizados en los modelos generados y que sean comunes a ellos, independizándonos de los factores que alteran el efecto funcional final de las citoquinas. Por otro lado, desde el año 2000, estudiamos a las células madre neurales adultas (CMN) como posibles fuentes de terapias regenerativas para la EP. En particular, investigamos los efectos de las citoquinas sobre la proliferación, diferenciación y sobrevida de las CMN a nivel endógeno y luego de su trasplante en el cerebro. Hemos observado un efecto pro-neurogénico del TGF-beta1, una citoquina anti-inflamatoria, sobre las células madre neurales adultas in vivo e in vitro en tres modelos experimentales diferentes. En base a estos y otros resultados, el campo ha incorporado a las citoquinas como parte del nicho neurogénico. En estos momentos, nos enfocamos en estudiar el mecanismo de acción del TGF-beta1 in vivo e in vitro por medio de genómica funcional. Asimismo, hemos desarrollado la tecnología de reprogramación celular como fuente de neuronas dopaminérgicas a partir de fibroblastos para posibles terapias regenerativas y como modelo de estudio in vitro de la enfermedad de Parkinson. Esta tecnología permitirá converger toda la información y los modelos animales y celulares que hemos generado. Por un lado, los blancos terapéuticos para terapias protectoras que identifiquemos serán testados en neuronas dopaminérgicas derivadas de iPS de pacientes con EP. Por el otro, todo trasplante celular en el cerebro genera inflamación. Por lo tanto, la información sobre los efectos funcionales de las citoquinas sobre la proliferación, diferenciación y sobrevida serán investigados en neuronas dopaminérgicas trasplantadas en modelos animales de EP tradicionales y basados en neuroinflamación generados por nuestro laboratorio. Una muestra de la relevancia de esta línea de investigación y del reconocimiento del trabajo de nuestro grupo es haber sido aceptados en el consorcio encabezado por el Instituto de Medicina Regenerativa de California (CIRM) y los Institutos Nacionales de Salud de EE.UU. (NIH) para el diseño e implementación de un ensayo clínico contra la EP utilizando neuronas dopaminérgicas derivadas de iPS.

Objetivo 1. Identificar mediadores del efecto tóxico de la neuroinflamación en la EP.

Como parte del esfuerzo en desarrollar terapias neuroprotectoras contra la EP, queremos identificar moléculas relacionadas con la inflamación que sean blancos terapéutico de dichas terapias. Hemos hipotetizado que existen mediadores comunes a los efectos tóxicos de la inflamación en el sistema nigrostriatal. Estamos utilizando genómica funcional sobre los 5 modelos animales donde la neuroinflamación gatillada por diversos estímulos genera neurodegeneración nigroestriatal y síntomas motores (para detalles de los modelos ver: Neurobiology of Disease, 2006 Oct;24(1):183-93; Brain, 2008, 131:1880-94, Neurobiology of Disease, 2010, 37(3):630-40 J Neuroimmunol. 2010, May;222(1-2):29-39 y Exp Neurol. 2011 Feb;227(2):237-51). Los primeros resultados que provienen de estudios de genómica funcional y posterior validación por qRT-PCR en dos modelos animales, parecen corroborar esta hipótesis. Por lo tanto, se están realizando experimentos in vitro e in vivo para testar funcionalmente si estos genes candidatos se hallan involucrados en el efecto tóxico de dos tipos de neuroinflamación diferente. Asimismo, se está extendiendo el estudio a los otros modelos animales de EP por neuroinflamación. Los efectos tóxicos de estos genes candidatos se testarán funcionalmente por transducción de estos genes (o genes control) por medio de vectores virales a neuronas dopaminérgicas humanas derivadas de células reprogramadas y en modelos animales.

Objetivo 2. Identificar el mecanismo molecular del efecto pro-neurogénico del TGF-beta1

Por medio de estudios de genómica funcional y posterior validación por q-RT-PCR en cultivos de CMN se han identificado genes diferenciales candidatos a mediar el efecto pro-neurogénico de TGF-beta1. Se prevé aplicar esta información al protocolo de diferenciación neuronal de precursores neurales derivados de células reprogramadas de donantes sanos, las cuales ya se han generado en el laboratorio.

Objetivo 3. Estudios pre-clínicos de terapias regenerativas

Pretendemos testar en modelos animales de EP el efecto terapéutico y la seguridad del trasplante de neuronas dopaminérgicas humanas derivadas de células reprogramadas. Asimismo, se planea mejorar la seguridad y eficacia terapéutica del protocolo con tratamientos anti-inflamatorios y/o expresión de genes relacionados con la inflamación derivados de los estudios en curso.

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Fernando Pitossi
Jefe de Laboratorio - fpitossi@leloir.org.ar



Mariana Puntel
Investigadora adjunta del CONICET



Valeria Roca
Investigadora asistente del CONICET



María Celeste Leal
Becaria post-doctoral



Juan Cruz Casabona
Becario post-doctoral



Mariana Casalía
Becaria doctoral



Verónica Murta
Becaria Doctoral



Pablo Radice
Becario doctoral



Joaquín González
Asistente Técnico



María Isabel Farias
Asistente Técnico