Doenças neurodegenerativas, incluindo doença de Alzheimer, doença de Parkinson, doença de Huntington, esclerose lateral amiotrófica e demência frontotemporal, são distúrbios devastadores sem cura conhecida, principalmente devido à falta de compreensão dos mecanismos subjacentes da doença. Numerosas cepas mutantes de camundongos foram geradas como modelos para investigar essas doenças 1,2,3,4,5. Embora tenham sido obtidos insights fundamentais sobre a patologia e os mecanismos da doença, investigações em resolução subcelular e análises de alto rendimento, como exames de drogas, não são viáveis em modelos animais. Sistemas de modelos celulares e de pequenos animais preenchem esse nicho.
As culturas de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hIPSC) e a diferenciação neuronal são um sistema poderoso para estudar os efeitos de alterações genéticas em um fundo humano. No entanto, diferentes condições de cultura, protocolos de diferenciação e vieses baseados no usuário muitas vezes levam a problemas de reprodutibilidade. Dhingra et al. apresentam a automação de culturas de hiPSC e diferenciações neuronais compatíveis com imagens e análises automatizadas6. Este sistema não apenas leva a uma cultura e diferenciação mais reprodutíveis de células IPS humanas em linhagens neuronais, mas também permite o rastreamento automatizado ao vivo de fenótipos celulares, incluindo a quantificação de comprimentos de neuritos, formação de agregados ou a absorção de espécies de proteínas patogênicas e neurodegeneração durante um período de 2 meses.
Alterações na homeostase do cálcio têm sido associadas a várias doenças neurodegenerativas, em particular a doença de Parkinson7. Bancroft e Srinivasan apresentam um protocolo para quantificar o fluxo de cálcio em neurônios dopaminérgicos cultivados8. O sistema apresentado pode levar a uma melhor compreensão de como a sinalização anormal de cálcio desencadeia a perda de neurônios dopaminérgicos e pode ser utilizado como uma plataforma de triagem de drogas de alto rendimento para a identificação de compostos neuroprotetores.
A perda de sinapses é uma característica comum entre as doenças neurodegenerativas9. No entanto, as razões subjacentes permanecem obscuras. Sidiski e Babcock apresentam um método para quantificar a integridade sináptica de maneira dependente da idade nas junções neuromusculares do tecido do músculo longitudinal dorsal (DLM) em Drosophila melanogaster10. É importante ressaltar que seu protocolo de dissecação, que envolve o congelamento instantâneo do tecido, preserva tanto o tecido neuronal quanto o muscular e, devido à facilidade de manipulação genética da mosca, permite o estudo de alterações na integridade sináptica e sua degeneração em modelos de doenças neurodegenerativas.
Doenças neurodegenerativas e envelhecimento estão ligados a falhas de proteostase11, e tanto a degradação quanto a síntese de proteínas têm sido implicadas. Papandreou et al. apresentam um protocolo para quantificar a síntese proteica de novo 12, utilizando recuperação de fluorescência após fotobranqueamento (FRAP) em modelos de C. elegans que expressam GFP. Este sistema pode ser estendido para fusões GFP de qualquer proteína ligada à doença, seja amplamente expressa no sistema nervoso do verme ou direcionada a células ou tecidos específicos, e permite o estudo in vivo da síntese de proteínas na ausência de métodos não radioativos e não invasivos, além de ter a capacidade de realizar triagens genéticas ou de pequenas moléculas para identificar novos moduladores para superar a disfunção proteostática.
A proteção contra a agregação de proteínas e a morte de neurônios são estratégias procuradas para retardar doenças neurodegenerativas. Palikaras et al. descrevem como o pré-condicionamento de choque térmico em C. elegans promove neuroproteção contra a morte celular desencadeada por alfa-sinucleína e uma diminuição nos agregados induzidos por PolyQ13.
As doenças neurodegenerativas afetam mais de 50 milhões de pessoas em todo o mundo, sem cura conhecida. Com os recentes avanços na edição genética e na tecnologia IPSC, os modelos celulares e de pequenos animais têm a vantagem de abordar os mecanismos moleculares e celulares subjacentes da doença de forma aguda, permitem manipulações genéticas rápidas e econômicas e são ideais como uma plataforma de triagem de alto rendimento para bibliotecas de novos compostos terapêuticos. Essa coleção de métodos de doenças facilita aos pesquisadores o uso de alguns desses modelos.