Estudio del efecto de la estimulación optogenética sobre el trasplante de precursores neurales en un modelo de lesión medular

Abstract

[ES] La lesión medular (LM) se refiere a cualquier daño en la médula espinal dando lugar a discapacidad motora, sensorial y autonómica y teniendo consecuencias devastadoras para la persona afectada tanto a nivel de salud como en la dimensión social. A pesar de las numerosas investigaciones con resultados prometedores de las últimas décadas, todavía no existe una terapia efectiva que permita una recuperación funcional considerable de los pacientes con lesión medular que haya sido trasladada a la clínica. Las estrategias en investigación actuales se centran en promover la neuroprotección y neuroregeneración pudiendo ambas conseguirse mediante el trasplante de progenitores neurales (NPCs). No obstante, a pesar de los resultados esperanzadores obtenidos hasta el momento, la terapia celular también puede limitar la recuperación funcional tras el trasplante, principalmente debido a la pobre supervivencia celular y su fracaso en la integración del circuito de la médula espinal del paciente. Asimismo, nuevos enfoques dirigidos a la manipulación de las células a trasplantar están ganando importancia en el contexto de la terapia celular. La optogenética representa un abordaje innovador combinando métodos ópticos y genéticos. A través de la expresión ectópica de proteínas fotosensibles, esta técnica permite un preciso control temporal y espacial de poblaciones celulares específicas sometidas a fotoestimulación. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la estimulación optogenética in vivo de NPCs trasplantadas tras la lesión medular. Para explorar el impacto terapéutico de este enfoque empleamos la canalrodopsina-2 (ChR2), un canal de cationes cuya apertura está mediada por luz, que fue expresada ectópicamente en células progenitoras neurales las cuales fueron trasplantadas en un modelo de lesión medular subaguda in vivo en rata mediante hemisección a nivel de la vértebra T8. La activación optogenética in vivo fue llevada a cabo usando un dispositivo medular de Neurolux que presentaba unido un ¿-LED azul. Las ratas recibieron 1h de estimulación diaria durante un total de 4 semanas a 20 Hz con periodos de 5ms de encendido y 45 ms de apagado. Con el objetivo de evaluar los efectos neuroprotectores de la estimulación optogenética en la lesión medular, se analizó la supervivencia y la identidad celular y el fenotipo de las ChR2-NPCs trasplantadas, así como, la preservación y activación de neuronas propias tras la lesión medular en animales estimulados mediante optogenética y en animales no estimulados. De igual forma, también se analizó la variación del tamaño del área de la lesión. Los resultados obtenidos muestran un efecto positivo de la estimulación optogenética in vivo sobre la diferenciación de las NPCs trasplantadas a neuronas y la disminución del área de la lesión. Asimismo, aunque los valores carecen de significancia estadística, también se observa una mayor activación de las células del injerto, así como una supervivencia incrementada.

[EN] Spinal cord injury (SCI) refers to any damage on the spinal cord leading to motor, sensory and autonomic impairment, having devastating consequences for the affected person at self-health and social dimensions. Despite many research efforts with promising outcomes in the last decades, still no effective therapy that allows considerable functional recovery of SCI patients has been translated to the clinic. Current therapeutic strategies under research are focused in promoting neuroprotection and neuroregeneration, and both can be achieved by neural progenitor cells (NPCs) transplantation. Despite the promising results reported, cell therapy also can limit functional recovery after transplant, mainly to the poor cell survival after transplantation and their lack of integration into spinal cord host circuitry. New approaches directed at manipulating cell transplants are gaining attention in the context of cell therapy. Optogenetics represents an innovative approach combining optical and genetic methods. Through the ectopic expression of photosensitive proteins, this technique allows for a precise temporal and spatial control of specific cell populations upon photostimulation. The aim of this work was to study the effect of in vivo optogenetic stimulation of transplanted NPCs following SCI. To explore the therapeutic impact of this approach, we employed channelrhodopsin-2 (ChR2), a light-gated cation channel, that was ectopically expressed in neural progenitor cells which were transplanted in an in vivo subacute rat model of SCI by hemisection at the level of the T8 vertebra. In vivo optogenetic activation was carried out using Neurolux spinal cord device which has tethered a blue µ-LED. Rats received 1h of stimulation every day for a total of 4 weeks at 20 Hz with 5 ms on and 45 ms off. In order to evaluate the neuroprotective effects of optogenetic stimulation in SCI, we analysed cell survival, cell identity and phenotype of transplanted ChR2- NPCs, as well as, the preservation and activation of host neurons following SCI in optogenetic stimulated and non-stimulated animals. Similarly, the variation in the size of the lesion area was also analysed. The results obtained show a positive effect of optogenetic stimulation on the differentiation of the NPCs transplanted to neurons and the reduction of the area of the lesion. Likewise, although the values lack statistical significance, a greater activation of the graft cells is also observed, as well as increased survival.