Las neuronas son difíciles de estudiar en cultivo porque los experimentos convencionales no les permiten crecer de forma natural, pero una nueva plataforma pretende cambiar eso.

Preciso y reproducible in vitro El modelado de neuronas es fundamental para el estudio del sistema nervioso y las enfermedades neurodegenerativas. Si bien gran parte de nuestra comprensión reciente de la biología celular proviene del estudio de diferentes tipos de células en sistemas artificiales, así como de los avances en el modelado de enfermedades con dispositivos en chip, ciertos tipos de células son más difíciles de estudiar fuera de su entorno natural.

En particular, las células nerviosas que conducen impulsos a través del cuerpo con proyecciones largas y delgadas, los axones, pueden crecer hasta un metro de longitud. Estas células largas son difíciles de estudiar usando métodos convencionales. in vitro plataformas debido al crecimiento limitado de axones en estos dispositivos, lo que limita a los científicos de la información que pueden extraerlos de ellos.

Por esta razón, Andrea Serio y su equipo de investigación del Instituto Francis Crick y el Centro de Biología Craneofacial y Regenerativa del King’s College de Londres, desarrollaron una técnica para estudiar el efecto de la longitud del axón en las neuronas motoras. «Son el objetivo principal de varias enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), para la que actualmente no tenemos cura ni una comprensión completa de por qué estas neuronas se ven particularmente afectadas», explicó Serio en un correo electrónico.

“Comenzamos con la simple pregunta: ¿Tiene la longitud axonal in vitro ¿Importancia para el desarrollo general y la función de las neuronas motoras?”, continuó. «Usamos nuestra plataforma para comparar sistemáticamente neuronas de diferentes longitudes y hacer crecer las neuronas a longitudes que normalmente no se pueden lograr con las plataformas tradicionales».

El equipo fabricó superficies con microranuras recubiertas de proteínas para guiar las células nerviosas y desarrollar axones alargados. La falta de direccionalidad y control sobre la longitud de los axones en los sistemas de cultivo tradicionales hace que sea imposible evaluar su longitud a nivel de población.

Basándose en sus observaciones, el equipo de Serio clasificó las neuronas con axones de 2-3 mm como cortas y aquellas con una longitud de 1 cm como largas, en comparación con la longitud de las neuronas en cultivos convencionales, que suelen tener varios cientos de µm de largo. Descubrieron que, por encima de cierto umbral, la longitud del axón afecta a algunos de los procesos celulares clave relacionados con su metabolismo.

«Algunos de estos cambios clave dependientes de la longitud en las neuronas fueron mecanismos clave del mantenimiento celular, la traducción del ARN y el mantenimiento mitocondrial, que también resultan ser procesos patológicos clave para las enfermedades neurodegenerativas que atacan a estas neuronas», explicó Serio.

Estos resultados sugieren que los axones más cortos en plataformas experimentales convencionales pueden no capturar los aspectos importantes de sus contrapartes más largas porque las neuronas pueden sentir su propia longitud y cambiar de función en la parte distal del axón.

«Para obtener una comprensión más profunda de los mecanismos subyacentes, actualmente estamos ampliando este estudio a otras especies y otros subtipos neuronales», agregó Serio.

Referencia: Cathleen Hagemann, et al., Axonal Length Certains Distinct Homeostatic Phenotypes in Human iPSC Derived Motor Neurons on a Bioengineered Platform, Advanced Healthcare Materials (2022). DOI: 10.1002/adhm.202101817

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