El neuroepitelio olfativo como modelo celular para el estudio de la neurobiología de la esquizofrenia

Abstract

[ES] La esquizofrenia es un trastorno mental crónico con una prevalencia mundial de alrededor del 1%. Clínicamente, la esquizofrenia se caracteriza por la presencia de síntomas positivos (alucinaciones, delirios), síntomas negativos (disminución de la expresión emocional) y déficits cognitivos. Pese a que los primeros síntomas del trastorno aparecen durante la adolescencia, no es hasta años más tarde con la aparición de los primeros episodios psicóticos que el diagnóstico se vuelve evidente. Actualmente, estos trastornos se detectan y clasifican solo mediante evaluación clínica (entrevistas semi-estructuradas) basada en el Manual Diagnóstico y Estadístico de los Trastornos Mentales. Por otro lado, un 30% de los pacientes que reciben la medicación no responden al tratamiento. Por tanto, se están haciendo muchos esfuerzos para caracterizar biomarcadores con el fin de permitir pruebas biológicas para el diagnóstico, predicción de respuesta al tratamiento y evolución del trastorno, así como para la búsqueda de nuevas dianas terapéuticas. La dificultad del estudio de biomarcadores en los trastornos mentales recae en razones éticas debido a la dificultad de obtener células neuronales del sistema nervioso central de los propios pacientes. En consecuencia, muchas investigaciones se han realizado en tejidos periféricos que, aunque presentan una mayor accesibilidad, tienen el inconveniente de derivar de líneas no-neuronales. Por tanto, existe la necesidad de desarrollar modelos neuronales adecuados que permitan el estudio de este trastorno. El neuroepitelio olfativo es un tejido rico en células madre, que se diferencia a neuronas inmaduras. Debido a su localización periférica, es relativamente sencillo de tomar muestras, por lo tanto, adecuado para realizar cultivo y propagación in vitro. De hecho, ya se han realizado algunos estudios con precursores neuronales procedentes del neuroepitelio olfativo que muestran alteraciones en pacientes psiquiátricos.

En este proyecto, se propone caracterizar las células del neuroepitelio olfativo para determinar si son adecuadas como modelo de estudio de la esquizofrenia. Los objetivos incluyen verificar el fenotipo neuronal de estas células mediante análisis de expresión génica de marcadores neuronales, estudiar su morfología por inmunofluorescencia usando ß-tubulina III (reconoce tubulina específica de neuronas), evaluar la estabilidad de la línea celular, analizar la expresión de genes asociados con el riesgo de esquizofrenia y evaluar el efecto del antipsicótico paliperidona sobre la expresión de genes relacionados con el riesgo a desarrollar esquizofrenia. Este proyecto cumple con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 3, salud y bienestar, pues busca mejorar la calidad de vida de los pacientes con esquizofrenia. Los resultados obtenidos indicaron que las células neuroepiteliales muestran un fenotipo neuronal al expresar marcadores neuronales, ser reconocidas por el anticuerpo anti-ßIII-tubulina y presentar estructuras citoesqueléticas típicas del proceso de neuritogénesis como lamelipodios y neuritas. Además, expresan genes asociados con el riesgo de esquizofrenia, aunque no se observó ningún efecto del antipsicótico paliperidona en la expresión de estos genes. En general, los resultados respaldan que el cultivo in vitro de precursores neurales obtenidos de la cavidad nasal constituye un buen modelo experimental para estudiar la fisiopatología de la esquizofrenia.

[EN] Schizophrenia is a chronic mental disorder with a worldwide prevalence of around 1%. Clinically, schizophrenia is characterized by the presence of positive symptoms (hallucinations, delusions), negative symptoms (decreased emotional expression), and cognitive deficits. Although the first symptoms of the disorder appear during adolescence, it is not until years later with the appearance of the first psychotic episodes that the diagnosis becomes evident. Currently, these disorders are detected and classified only through clinical assessment (semi-structured interviews) based on the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders. On the other hand, 30% of patients who receive medication do not respond to treatment. Therefore, many efforts are being made to characterize biomarkers to allow biological tests for diagnosis, prediction of response to treatment and trajectory of the disorder, as well as for the search for new therapeutic targets. The difficulty of studying biomarkers in mental disorders lies in ethical reasons due to the difficulty of obtaining neuronal cells from the central nervous system of the patients themselves. Consequently, many investigations have been carried out in peripheral tissues. However, although these tissues present greater accessibility, they have the drawback of being derived from non-neuronal lines. Therefore, there is a need to develop adequate neural models that allow the study of this disorder. In this regard, the olfactory neuroepithelium is a tissue rich in stem cells, which differentiates into immature neurons. Due to its peripheral location, it is relatively easy to sample, therefore suitable for in vitro culture and propagation. In fact, some studies have already been carried out with neuronal precursors from the olfactory neuroepithelium that show alterations in psychiatric patients.

In this project, it is proposed to characterize the cells of the olfactory neuroepithelium to determine if they are suitable as a model for the study of schizophrenia. The objectives include the verification of their neuronal phenotype by means of gene expression analysis of neuronal biomarkers, morphological analysis by immunofluorescence using ß-tubulin III as a neuron-specific tubulin, evaluation of the cell line stability, as well as the evaluation of the effect of the antipsychotic paliperidone on the expression of genes related to the risk of developing schizophrenia. This project meets the Sustainable Development Goal (SDG) 3, health and well-being, as it seeks to improve the quality of life of patients with schizophrenia. The results indicate that neuroepithelial cells show a neuronal phenotype since they express neuronal markers, they are also recognized by antibodies against ß-tubulin III and presentcytoskeletal structures that present during neuritogenesis, such as lamellipodia and neurites. In addition, they express genes associated with the risk of schizophrenia, although no effects of the antipsychotic paliperidone were observed on the expression of those genes. In general, the results support that the in vitro culture of neural precursors obtained from the nasal cavity by the scraping method constitutes a good experimental model to study the pathophysiology of schizophrenia.