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Gusanos y el cerebro humano
No existen curas para enfermedades neurodegenerativas debilitantes como el Parkinson, y los investigadores aún no comprenden qué causa la muerte de las células cerebrales en pacientes que padecen estas enfermedades. Pero los investigadores del MIT esperan acelerar la búsqueda de respuestas y la búsqueda de terapias en un sujeto de prueba poco probable: los gusanos.
Gusanos inteligentes: Los investigadores del MIT han creado un chip de microfluidos para pruebas rápidas de genoma completo y para probar una gran cantidad de compuestos terapéuticos en gusanos vivos. Las neuronas de este gusano, el nematodo C. elegans de un milímetro de largo, están etiquetadas en verde.
Mehmet Fatih Yanik , profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en el MIT, está desarrollando dispositivos de microfluidos que podrían facilitar en gran medida los experimentos, incluida la detección del genoma completo y las pruebas de drogas, en pequeños gusanos nematodos llamados C. elegans . Son un tema favorito de biólogos e investigadores médicos porque los gusanos son diminutos y transparentes, y los investigadores pueden hacer experimentos con ellos que no son posibles con animales más grandes.
Los chips de polímero de Yanik tienen dos capas de canales. Una capa es como un laberinto, dice. En esta capa, los gusanos de un milímetro de largo se transportan y clasifican a alta velocidad. Los canales tienen solo unos pocos cientos de micrómetros de ancho y contienen volúmenes muy pequeños de líquido. La capa superior es lo que Yanik llama plomería. Contiene válvulas que controlan el flujo de líquido y gusanos.
Los canales de succión permiten a los investigadores inmovilizar a los gusanos para obtener imágenes en un microscopio de alta resolución. Los gusanos nematodos están formados por menos de mil células, cada una de las cuales se puede ver al microscopio. Usando el chip de Yanik, puedes ver las neuronas morir en tiempo real en los animales vivos, dice Richard Nass , profesor asistente de pediatría y farmacología en el Centro Médico de la Universidad de Vanderbilt. Obtener imágenes con este nivel de detalle y velocidad es imposible en animales más grandes, y los sistemas de gusanos más antiguos pueden proporcionar imágenes borrosas porque los gusanos nadan libremente.
Nass desarrolló el primer modelo de gusano de la enfermedad de Parkinson. En él, los animales son tratados con una toxina que mata las neuronas de dopamina. En el chip, los gusanos se pueden clasificar mediante signos visuales de cómo la toxina afecta sus nervios. Un experimento de este tipo lleva unos seis meses utilizando técnicas convencionales, dice Nass. En el chip de Yanik, lleva un mes.
Como parte de una colaboración con una importante compañía farmacéutica internacional, Nass está utilizando chips y sus gusanos para descubrir posibles terapias para el Parkinson. Los humanos tienen decenas de miles de neuronas de dopamina conectadas a decenas de miles de otras neuronas, dice Nass. Los gusanos solo tienen ocho neuronas de dopamina, sin embargo, a nivel molecular, su sistema nervioso es casi idéntico al sistema nervioso humano.
En un tipo de experimento posible con el nuevo dispositivo de microfluidos, los gusanos en el chip pueden tratarse con compuestos para exámenes de drogas de alto rendimiento. Tales cribados automatizados de fármacos, que actualmente se realizan en células individuales, no han sido prácticos en animales vivos completos en el pasado.
El chip de Yanik también debería acelerar las pantallas de genoma completo que ayuden a los investigadores a comprender qué genes son necesarios para procesos vitales, como la capacidad de las células nerviosas para recuperarse de una lesión. Muchos de los genes de los gusanos ... funcionan de la misma manera que lo hacen en los organismos superiores, dice Richard Roy , profesor asociado de biología en la Universidad McGill. Específicamente, el chip de Yanik podría ayudar a acelerar los experimentos en los que los investigadores silencian cada gen del gusano y observan lo que sucede para determinar qué genes son necesarios para qué procesos fisiológicos.
Yanik está usando los chips para estudiar la genética de la regeneración nerviosa. Desarrolló un láser intenso y de alta precisión para realizar microcirugías en los gusanos. El láser le permite cortar con mucha precisión una sola rama de una neurona sin dañar el tejido circundante. Yanik silencia cada gen en todo el genoma del gusano, un gen a la vez, luego corta las neuronas en cada gusano y observa el resultado. Si un gusano con un gen silenciado en particular no puede curar el nervio dañado, eso sugiere que el gen juega un papel importante en el proceso de curación.
Acelerar los estudios de los gusanos podría tener amplias implicaciones para la medicina genómica. Los gusanos proporcionan un modelo particularmente bueno del sistema nervioso humano y también se utilizan ampliamente para estudiar el desarrollo, con implicaciones para los trastornos del desarrollo humano y el cáncer, dice Roy. Los chips de Yanik, si cumplen con su promesa, serían una gran mejora en velocidad, volumen y precisión con respecto a lo que está disponible actualmente.