Laboratorio de Disfunción Celular en Enfermedades Neurodegenerativas y Nanomedicina

Líneas de investigación

• Vías de muerte celular implicadas en las enfermedades neurodegenerativas. Rol de la injuria mitocondrial y estrategias neuroprotectoras

Las células gliales desempeñan un papel relevante en el funcionamiento del sistema nervioso central tanto en condiciones fisiológicas como patológicas. Frente a estímulos externos o frente al daño neuronal, estas células tienen la capacidad de responder con cambios morfológicos o funcionales constituyendo la glía reactiva.

La neurodegeneración inducida por varios tóxicos experimentales y ambientales involucra la activa participación de la astroglía y la microglía. Ambas pueden activarse produciendo y liberando una variedad de factores neurotóxicos y proinflamatorios que, en determinadas condiciones pueden trabajar en concierto para inducir o exacerbar la neurodegeneración.

Los astrocitos intervienen en el uptake de glutamato y la liberación de glutamina, el equilibrio de K+ y H+, y el transporte de agua. Además, proveen el soporte principal para las neuronas fomentando su supervivencia, proliferación, diferenciación, aparición y crecimiento de neuritas y sinaptogénesis. Esta abundancia de funciones ha conducido a la noción emergente de que estas células gliales pueden constituir un blanco primario en la neurotoxicidad de varios compuestos. Así, interfiriendo con las funciones astrocíticas, las toxinas pueden última e indirectamente causar muerte neuronal.

Por su parte, la microglía, las células inmunes residentes en el cerebro, desempeñan un rol vital en la vigilancia inmune y en la reparación frente a la injuria. En comparación con la astroglía, la microglía responde frente a los insultos tóxicos vía una cinética más rápida de activación produciendo una amplia variedad de factores neurotóxicos.

En nuestro laboratorio estudiamos los mecanismos de muerte/supervivencia de células del sistema nervioso en modelos in vitro en co-cultivo e in vivo de enfermedades neurodegenerativas. Investigamos distintas vías de muerte celular, la vía lisosomal-autofágica y la relevancia de la disfunción mitocondrial, con la idea final de intervenir a estos diferentes niveles, para proponer posibles estrategias protectoras para las neuronas y eventualmente para las células gliales.

• Toxicidad de nanomateriales

La nanomedicina, definida como la aplicación de la nanotecnología al cuidado de la salud, constituye una herramienta revolucionaria y prometedora para el diagnóstico y terapias médicas en áreas tales como imágenes, diagnóstico rápido, direccionamiento de drogas, regeneración de tejidos y desarrollo de nuevos fármacos. Así, distintos materiales y dispositivos de dimensiones nanométricas ya han sido aprobados para uso clínico y numerosos productos están siendo evaluados en ensayos clínicos. Sin embargo, algunos aspectos toxicológicos y consideraciones éticas que acompañan al desarrollo de la nanomedicina, podrían ensombrecer el futuro prometedor de este campo emergente. En este sentido, se debe remarcar el escaso conocimiento existente acerca de los efectos adversos que pueden presentar los nanomateriales.

Nuestras investigaciones se centran en el estudio de la toxicidad de las nanopartículas, para lo cual empleamos tanto modelos in vitro como in vivo. En los mismos, evaluamos el modo en que los nanomateriales pueden modificar el comportamiento biológico a nivel celular, subcelular y molecular en distintos tipos de células así como la biocompatibilidad y la biodisponibilidad en el organismo. Estos estudios permiten determinar la factibilidad de las nanopartículas de ser empleadas en distintas estrategias terapéuticas.

• Síndrome de Sanfilippo (mucopolisacaridosis III): Estudio del daño al sistema nervioso y diseño de nanopartículas como transportadores para terapia de reemplazo enzimático. 

El síndrome de Sanfilippo, también conocido como mucopolisacaridosis tipo III (MPSIII), es una enfermedad genética poco frecuente, neurodegenerativa, cuyos síntomas se inician generalmente durante los primeros años de vida. Se produce por mutaciones en las enzimas responsables de la degradación del heparán sulfato (HS) en los lisosomas, que llevan a la acumulación de este glicosaminoglicano (GAG). Dentro de los subtipos de MPSIII, la variante A se produce por deficiencia de la enzima N-sulfoglucosamina sulfohidrolasa (SGSH) y representa la forma más común y severa de la enfermedad. Debido a su baja prevalencia, este tipo de enfermedades no son comercialmente atractivas y suelen ser ignoradas tanto por la industria como por el sistema científico y académico. En este sentido, la MPSIII no cuenta con una terapia efectiva, y tampoco con modelos adecuados que permitan estudiar en detalle los mecanismos que gobiernan el daño en el sistema nervioso central (SNC). La presente línea de investigación procura generar un cambio relevante en el conocimiento, mediante el abordaje de ambos aspectos. En primer lugar, nos proponemos investigar el efecto de la deficiencia en la actividad de la enzima SGSH en células del sistema nervioso, un conocimiento clave para comprender y combatir la neurodegeneración. Por otra parte, buscamos desarrollar una estrategia terapéutica nanotecnológica que permita a la enzima funcional ingresar al sistema nervioso central para implementar una terapia de reemplazo enzimático (TRE).

• Rol de las asociaciones retículo endoplásmico-mitocondria en la regulación de la autofagia neuronal en modelos de la enfermedad de Alzheimer. 

La Enfermedad de Alzheimer (EA) es la causa más común de demencia en adultos mayores de 65 años. Se caracteriza por la presencia de placas amiloides extracelulares y por la acumulación intraneuronal de tau. Las placas amiloides están constituidas por depósitos de pequeños péptidos β-amiloide de diferentes tamaños derivados del clivaje proteolítico de APP. Esta acumulación de proteínas en agregados insolubles ha sido fuertemente vinculada a la alteración de la vía autofágica. En la célula, las organelas no existen como unidades autárquicas dado que se comunican unas con otras. En particular, la asociación entre el retículo endoplásmico (RE) y la mitocondria (M) resulta de gran interés ya que son relevantes para la bioenergética celular y la homeostasis proteica. Las regiones en las cuales ambas organelas se asocian se denominan “Membranas del RE Asociadas a M” (MAMs). En estos sitios, se regulan procesos fisiológicos fundamentales entre los cuales se encuentra la autofagia. Las alteraciones físicas y funcionales de las MAMs están asociadas a diferentes patologías, incluyendo a las enfermedades neurodegenerativas. En la EA, los pacientes exhiben disfunciones intracelulares tempranas, muchas de las cuales se encuentran relacionadas con las MAMs. En el presente proyecto, nos proponemos investigar si la desregulación de la autofagia inducida por el péptido β-amiloide está relacionada a disfunciones en la asociación RE-M y cuál es su impacto sobre la supervivencia celular. Para ello, empleando distintos modelos experimentales neuronales de EA y técnicas de biología celular y molecular se evaluará la presencia y posible modificación de las MAMs, su funcionalidad y la expresión de distintas proteínas, en particular las vinculadas al proceso de autofagia. Además, utilizando estrategias genéticas, de sobreexpresión y silenciamiento de proteínas, se establecerá si las MAMs regulan la autofagia y a que niveles de este proceso intervienen. El conocimiento generado podría proponer posibles nuevos blancos moleculares que permitan constituir la base de una futura estrategia terapéutica para el tratamiento de la EA y posiblemente de patologías relacionadas.