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Los receptores de diseño activados exclusivamente por fármacos de diseño (DREADD) son receptores acoplados a proteínas G modificados genéticamente que pueden seractivados selectivamente por ligandos sintéticos que de otro modo serían inertes. El enfoque quimiogenético se ha convertido en una herramienta esencial en neurociencia al permitir a los investigadores investigar la conectividad de los circuitos neuronales con alta precisión y mejorar nuestra comprensión de las funciones celulares tanto in vivo como in vitro a través de la activación selectiva o inhibición de regiones cerebrales específicas o tipos de células 2,3.
La terapia basada en células madre presenta una estrategia prometedora para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. La eficacia de las células de injerto depende de la integración adecuada, la supervivencia y la contribución funcional a los tejidos del huésped. La actividad celular descontrolada puede tener consecuencias negativas, incluyendo la tumorigénesis4; lo que requiere un control preciso de estas células después del trasplante. El aprovechamiento de la tecnología DREADD en células madre humanas reprogramadas y neuronas derivadas proporciona un medio para controlar con precisión la actividad neuronal a través de la administración del fármaco de diseño CNO 2,5. En el contexto de la enfermedad de Parkinson (EP), que se caracteriza por la pérdida de neuronas dopaminérgicas, la manipulación de la actividad de las neuronas dopaminérgicas derivadas de células madre es crucial para investigar sus entradas sinápticas y patrones de proyección en modelos de roedores 6,7,8,9,10. La incorporación de receptores excitatorios hM3Dq e inhibidores hM4Di en estos modelos permite una modulación precisa de la actividad neuronal11,12.
La combinación de evaluaciones del comportamiento animal y registros electrofisiológicos permite una evaluación exhaustiva de los efectos de la modulación quimiogenética en las células trasplantadas in vivo13. Las evaluaciones conductuales, incluida la rotación inducida por apomorfina, la prueba del cilindro y la prueba del rotarod, evalúan la coordinación motora y proporcionan información sobre los cambios en la función motora asociados con los modelos experimentales de EP14. Las técnicas electrofisiológicas, como los registros de patch-clamp, permiten el seguimiento en tiempo real de las respuestas sinápticas y los potenciales de acción, proporcionando una visión completa de cómo las células trasplantadas se integran en las redes neuronales existentes15. Al combinar las evaluaciones conductuales con las evaluaciones electrofisiológicas, podemos investigar cómo la modulación quimiogenética afecta la integración y funcionalidad de estas células dentro de los circuitos neuronales del huésped16. Los hallazgos preliminares sugieren que la administración de CNO modula eficazmente la actividad neuronal en las células trasplantadas, lo que resulta en mejores resultados funcionales en modelos animales.
En este protocolo, las células madre humanas reprogramadas se diseñaron para expresar receptores hM3Dq o hM4Di mediante el uso de la tecnología de repeticiones palindrómicas cortas agrupadas regularmente interespaciadas (CRISPR). Después de diferenciar células madre reprogramadas modificadas en células precursoras dopaminérgicas del mesencéfalo, estas células se trasplantaron a modelos de ratón de EP para evaluar su integración y regulación funcional dentro de los circuitos neuronales del huésped mediante evaluaciones de comportamiento y registros electrofisiológicos.