Las enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Huntington, la esclerosis lateral amiotrófica y la demencia frontotemporal, son trastornos devastadores sin cura conocida, principalmente debido a la falta de comprensión de los mecanismos subyacentes de la enfermedad. Se han generado numerosas cepas mutantes de ratones como modelos para investigar estas enfermedades 1,2,3,4,5. Si bien se han obtenido conocimientos fundamentales sobre la patología y los mecanismos de la enfermedad, las investigaciones con una resolución subcelular y los análisis de alto rendimiento, como las pruebas de detección de fármacos, no son factibles en modelos animales. Los sistemas celulares y de modelos de animales pequeños llenan este nicho.
Los cultivos de células madre pluripotentes inducidas por humanos (hIPSC) y la diferenciación neuronal son un sistema poderoso para estudiar los efectos de las alteraciones genéticas en un entorno humano. Sin embargo, las diferentes condiciones de cultivo, los protocolos de diferenciación y los sesgos basados en el usuario muchas veces conducen a problemas de reproducibilidad. Dhingra et al. presentan la automatización de cultivos de hiPSC y diferenciaciones neuronales compatibles con imágenes y análisis automatizados6. Este sistema no solo conduce a un cultivo y diferenciación más reproducibles de células IPS humanas en linajes neuronales, sino que también permite el seguimiento automatizado en vivo de fenotipos celulares, incluida la cuantificación de longitudes de neuritas, formación de agregados o la absorción de especies de proteínas patógenas y neurodegeneración durante un período de 2 meses.
Los cambios en la homeostasis del calcio se han relacionado con diversas enfermedades neurodegenerativas, en particular la enfermedad de Parkinson7. Bancroft y Srinivasan presentan un protocolo para cuantificar el flujo de calcio en neuronas dopaminérgicas cultivadas8. El sistema presentado puede conducir a una mejor comprensión de cómo la señalización anormal del calcio desencadena la pérdida de neuronas dopaminérgicas y puede utilizarse como una plataforma de detección de fármacos de alto rendimiento para la identificación de compuestos neuroprotectores.
La pérdida de sinapsis es una característica común entre las enfermedades neurodegenerativas9. Sin embargo, las razones subyacentes siguen sin estar claras. Sidiski y Babcock presentan un método para cuantificar la integridad sináptica de manera dependiente de la edad en las uniones neuromusculares del tejido del músculo longitudinal dorsal (DLM) en Drosophila melanogaster10. Es importante destacar que su protocolo de disección, que implica la congelación instantánea del tejido, preserva tanto el tejido neuronal como el muscular y, debido a la facilidad de manipulación genética de la mosca, permite el estudio de los cambios en la integridad sináptica y su degeneración en modelos de enfermedades neurodegenerativas.
Las enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento están relacionados con fallas de proteostasis11, y tanto la degradación como la síntesis de proteínas han sido implicadas. Papandreou et al. presentan un protocolo para cuantificar la síntesis de proteínas de novo 12, utilizando la recuperación de fluorescencia después del fotoblanqueo (FRAP) en modelos de C. elegans que expresan GFP. Este sistema se puede extender a fusiones de GFP de cualquier proteína ligada a la enfermedad, ya sea ampliamente expresada en el sistema nervioso del gusano o dirigida a células o tejidos específicos, y permite el estudio in vivo de la síntesis de proteínas en ausencia de métodos no radiactivos y no invasivos, además de tener la capacidad de realizar cribados genéticos o de moléculas pequeñas para identificar nuevos moduladores para superar la disfunción proteostática.
La protección contra la agregación de proteínas y la muerte neuronal son estrategias buscadas para ralentizar las enfermedades neurodegenerativas. Palikaras et al. describen cómo el preacondicionamiento por choque térmico en C. elegans promueve la neuroprotección contra la muerte celular desencadenada por alfa-sinucleína y una disminución de los agregados inducidos por PolyQ13.
Las enfermedades neurodegenerativas afectan a más de 50 millones de personas en todo el mundo, sin cura conocida. Con los recientes avances en la edición genética y la tecnología IPSC, los modelos celulares y de animales pequeños tienen la ventaja de abordar de forma aguda los mecanismos moleculares y celulares subyacentes de las enfermedades, permiten manipulaciones genéticas rápidas y rentables, y son ideales como plataforma de cribado de alto rendimiento para bibliotecas de nuevos compuestos terapéuticos. Esta colección de métodos de enfermedades facilita a los investigadores el uso de algunos de estos modelos.