Proyecto a realizar por Rodrigo

Título : BUSQUEDA DE TRATAMIENTO PARA LA SORDERA NEUROSENSORIAL

DESCRIPCION DEL TRABAJO A REALIZAR, INTERES DE LA INVESTIGACION

Nuestro objetivo es encontrar un tratamiento para la sordera neurosensorial. Esta enfermedad es una de las discapacidades mas frecuentes. Los pacientes con sordera neurosensorial sufren una agonia personal y un aislamiento social que afecta considerablemente su calidad de vida. La frecuencia de esta enfermedad está aumentando debido a la exposición al ruido de las sociedades industrializadas y al aumento de la esperanza de vida.

El oído interno es el órgano afectado principalmente en la sordera neurosensorial. Las células del oído interno en los mamíferos no se regeneran una vez lesionadas. Ante esta falta de regeneración celular es necesario el estudio de trasplantes celulares que puedan:

• Cumplir la función de las células perdidas.

• Secretar factores necesarios para la supervivencia de las células residuales.

Queremos evaluar si los trasplantes celulares forman nuevas prolongaciones y conexiones con las células del oído interno y si estos contactos son funcionales mediante estudios de electrofisiologia. Además debe estudiarse si las señales que guían las neuronas hacia la cóclea están intactas tras el nacimiento. Para comprobar esto, se aislarán células madre de un mamifero (ratón) (Martínez Monedero et al. Hear Res. 2007 May; 227:48-52) y se trasplantarán a un modelo experimental de degeneración neuronal en un explante del órgano de Corti (Martínez Monedero et al. Dev Neurobiol. 2008 Apr; 68: 669-84).

Elegimos la degeneracion neuronal auditiva como modelo de transplante celular por los siguientes motivos:

El Departamento de Otología del Hospital Johns Hopkins tiene una amplia experiencia en estudios de electrofisiología en el oído interno. Se aprenderán técnicas de electrofisiología y de tratamientos genéticos en las células donantes. Se estudiarán las neuronas derivadas de la diferenciación de las células madre mediante técnicas de Patch-Clamp. De esta manera se comprobará si:

• Cumplen las características funcionales de las neuronas (corrientes iónicas sensibles a bloqueantes de canales iónicos). Se comprobará la aparición de INa en células positivas al marcador neuronal ßIII-tubulina. Se infiltrarán las células estudiadas con un marcador fluorescente Alexa Fluor® 568 durante el periodo de las grabaciones.

• Las conexiones sinápticas entre las células trasplantadas y el órgano receptor (cóclea) son funcionales.

EXPERIENCIA PREVIA DEL CANDIDATO.

Mis anteriores estancias en el Mass Eye and Ear Infirmary y en la Facultad de Medicina de la Universidad Autonoma de Madrid me han permitido adquirir experiencia investigadora en el estudio de la regeneracion celular en el oído interno. He realizado estudios de transplantes celulares en el organo de Corti y de aislamiento y diferenciacion de celulas madre del oído interno. Se estudio la diferenciacion celular de estas celulas en neuronas auditivas y su incorporacion con las celulas del oido interno.

Los resultados de estas investigaciones se publicaron en los siguientes articulos y en la defensa de mi tesis doctoral:

La experiencia adquirida en estos centros anteriores me permitirá la realizacion de los trasplantes celulares en el oido interno en el Hospital Johns Hopkins como busqueda de un tratamiento para la sordera neurosensorial.

La demostración de la recuperacion auditiva funcional en un modelo animal es una primera etapa en la aplicacion de cualquier terapia celular en el oido interno de humanos.

PLAN DE TRABAJO.

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1. Selección y purificación de las células madre mas apropiadas para el trasplante celular (Martínez Monedero et al. Hear Res. 2007 May; 227:48-52).

El ratón utilizado será wild type (C57) o ratones transgénicos thy1-CFP (con inmunofluorescencia positiva en las neuronas).

Aislaremos células madre procedentes del:

•           Oído interno de ratones recién nacidos.

•           La médula ósea de ratones jóvenes.

Propagación de las células madre in vitro en un incubador celular:

•           Células madre del oído interno. Utilizaremos factores de crecimiento que estimulan la proliferación celular como EGF (Epidermal Growth Factor), IGF (Insulin Growth Factor), bFGF (basic Fibroblast Growth Factor) en una placa de Petri durante unos días.

•           Células madre de la médula ósea. Utilizaremos 10% FBS (Fetal Bobine Serum) en una placa de cultivo celular.

2. Cultivo y tratamiento del órgano de Corti (Martínez Monedero et al. J Neurobiol. 2006; 66:319–31).

Para realizar estudios de trasplante celular in vitro se eligirá un explante del órgano de Corti como tejido receptor. Realizaremos un cultivo organotípico de dicho órgano con el fin de preservar su estructura y la supervivencia celular bajo condiciones in vitro. Se utilizarán ratones “wild type” (C57BL/6) y transgénicos Math1-nGFP (donde las células ciliadas poseen inmunofluorescencia).

2.1. Tratamiento del explante del órgano de Corti con ß-Bungarotoxina.

El órgano de Corti cultivado in vitro se tratará con una neurotoxina de acción presináptica llamada ß-Bungarotoxina que, a la debida concentración, elimina las neuronas auditivas sin dañar las células ciliadas (Martínez Monedero, 2006). Conseguimos de esta manera obtener un modelo experimental de denervación celular in vitro del órgano de Corti para realizar estudios de trasplante celular.

3. Transplante celular en el oído interno (Martínez Monedero et al. Int J Dev Biol. 2007;51:655-61 y Martínez Monedero et al. Dev Neurobiol. 2008 Apr; 68: 669-84).

Utilizaremos como células donantes, células madre procedentes del oído interno y de la médula ósea de ratones.

Estudiaremos la diferenciación en estirpe neuronal de las células madre in vitro.

•           Células madre del oído interno. Utilizaremos ácido retinoico (2dias) como factor de diferenciación junto con NT3 (Neurotophin-3), BDNF (Brain Derived Neurotrophin Factor) para promover la supervivencia neuronal en un medio con DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle Médium) con Suplementos (N2, B27, F12).

•           Células madre de la médula ósea de ratones recién nacidos. Seguiremos el protocolo de Kondo T et al. 2005; PNAS.

4. Inmunohistoquímica. Las cócleas serán fijadas con paraformaldehido al 4%.

Se utilizará un microscopio de fluorescencia. Los marcadores que utilizaremos serán:

•           Nestina y Musashi para identificar neuroprogenitores celulares.

•           ßIII-tubulina anticuerpo o Neurofilamento-M para la identificación de neuronas.

•           Miosina VIIa o Parvoalbumina-3 para identificar células ciliadas.

•           Sinapsina, GluR2/R3, PSD-95, CSP1 para la identificación de sinapsis.

•           GFAP (Glial Fibrillar Acidic Protein) para identificar células gliales.

•           DAPI como marcador nuclear.

Una posibilidad sería el utilizar y estudiar la expresión de las señales que regulan el crecimiento de las prolongaciones nerviosas (Semaphorin 3a, ephrinB…).

Realizaremos una cuantificación de las células transplantadas supervivientes.

Se valorará la localización de las células transplantadas, el número de éstas células que expresan los diferentes marcadores, el número de prolongaciones nerviosas periféricas y centrales que emiten y la orientación y trayectoria de estas prolongaciones. Finalmente valoraremos la existencia o no de sinapsis en estos puntos de contacto con las neuronas del núcleo coclear y con las células ciliadas del órgano de Corti.

5. Estudio funcional del trasplante celular mediante electrofisiología.

El Departamento de Otología del Hospital Johns Hopkins tiene una amplia experiencia en estudios de electrofisiología en el oído interno. Se aprenderán técnicas de electrofisiología y de tratamientos genéticos en las células donantes. Se estudiarán las neuronas derivadas de la diferenciación de las células madre mediante técnicas de Patch-Clamp. De esta manera se comprobará si:

•           Cumplen las características funcionales de las neuronas (corrientes iónicas sensibles a bloqueantes de canales iónicos). Se comprobará la aparición de INa en células positivas al marcador neuronal ßIII-tubulina. Se infiltrarán las células estudiadas con un marcador fluorescente Alexa Fluor® 568 durante el periodo de las grabaciones.

•           Las conexiones sinápticas entre las células trasplantadas y el órgano receptor (cóclea) son funcionales.

El estudio de los trasplantes celulares in vitro en el órgano de Corti debe preceder a su aplicación in vivo en vistas de convertirse en un tratamiento futuro de la hipoacusia neurosensorial.

RAZONES DE ELECCION DEL CENTRO DE DESTINO.

El laboratorio de la profesora Elisabeth Glowatzki del Johns Hopkins School of Medicine constituye un centro de referencia mundial en el estudio de la sinapsis entre las células ciliadas y las neuronas auditivas del oído interno. Son expertos en la técnica de patch-clamp aplicada a la vía auditiva. La primera sinapsis de la vía auditiva entre la célula ciliada y la neurona espiroganglionar determina la manera en que el sonido es transmitido e identificado en el cerebro. La investigación de los mecanismos celulares de la transmisión sináptica en el oído interno ha estado limitada por su difícil acceso. En el laboratorio de la profesora Elisabeth Glowatzki del Johns Hopkins School of Medicine se utilizan grabaciones mediante patch-clamp de las dendritas y de los cuerpos neuronales en esta sinapsis de gran importancia en la vía auditiva. Con esta técnica es posible el estudio de los mecanismos moleculares de la transmisión sináptica y relacionarlo con el conocimiento de la fisiología de las neuronas aferentes auditivas. Esta metodología nos permitirá en un futuro identificar las bases moleculares de las neuropatías auditivas y otras malfunciones cocleares.

Además, el director del departamento de Otología del Johns Hopkins School of Medicine, el Dr. John Niparko es un médico con una importante actividad investigadora pionera en el desarrollo de nuevos tratamientos para la hipoacusia profunda. Es de destacar sus avances en el estudio de la creación de nuevas sinapsis en la vía auditiva tras la instauración de un implante coclear en el oído interno de animales de experimentación. Estas nuevas sinapsis consiguen mejorar la percepción de sonidos y la inteligibilidad de pacientes con un implante coclear. Sus investigaciones demuestran la plasticidad de la vía auditiva y la posibilidad de su regeneración mediante estímulos eléctricos enviados por el implante coclear. La posibilidad de un tratamiento futuro mediante terapia celular y el desarrollo de los implantes cocleares trae esperanzas para la restauración de la función auditiva en pacientes con hipoacusia profunda.

Para el desarrollo de mi investigación de la regeneración celular de la vía auditiva el aprendizaje de las técnicas desarrolladas en este centro será de una gran ayuda para la valoración de la restaruación de la función auditiva y me permitirá su aplicación en España.

Dotaciones del laboratorio.

El laboratorio de Elisabeth Glowatzki PhD forma parte del “The Center for Hearing and Balance” y del “The Cochlear Neurotransmission Laboratory” del Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery del Johns Hopkins University School of Medicine.

El Professor John K.  Niparko, MD es el Director, Divison of Otology, Audiology, Neurotology, and Skull Base Surgery y el Director de “The Listening Center” del Johns Hopkins University School of Medicine. Además es el Presidente de la “American Otological Society”. Su amplia experiencia clínica e investigadora se centra en el desarrollo de los implantes cocleares (Niparko J et al: Cochlear  Implants: Principles & Practices. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins,  2001). Además, bajo su dirección se está realizando un ensayo clínico llamado: “BAHA Clinical Trials: Efficacy of the Bone-Anchored Hearing Aid for Unilateral Deafness”, en el que se intenta demostrar la eficacia de las prótesis auditivas implantadas en el oído medio para la corrección de la sordera neurosensorial.

REPERCUSIONES DEL TRABAJO A LA VUELTA A ESPAÑA

Mi incorporación en el Departamento de Otología del Hospital Johns Hopkins me permitirá el aprendizaje de nuevas técnicas de tratamiento de la sordera neurosensorial que serán de inestimable valor como continuación a mi trabajo sobre el estudio de la regeneración celular en el oído interno.

La sociedad científica tiene grandes esperanzas en que la regeneración celular y los trasplantes celulares tengan su aplicación en un futuro en la medicina para el tratamiento de enfermedades degenerativas. En estas enfermedades se producen perdidas de tipos celulares especializados que el cuerpo humano no es capaz de reemplazar. Esta perdida celular conlleva la alteración de la función de un órgano, como sucede en el oído interno en la sordera neurosensorial.

El departamento de Otología del Johns Hopkins School of Medicine realiza una importante actividad investigadora pionera en el desarrollo de nuevos tratamientos para la hipoacusia profunda. Es de destacar sus avances en el estudio de la creación de nuevas sinapsis en la vía auditiva tras la instauración de un implante coclear en el oído interno de animales de experimentación. Estas nuevas sinapsis consiguen mejorar la percepción de sonidos y la inteligibilidad de pacientes con un implante coclear. Sus investigaciones demuestran la plasticidad de la vía auditiva y la posibilidad de su regeneración mediante estímulos eléctricos enviados por el implante coclear. Existen actualmente estudios que han conseguido una recuperación funcional de la audición en animales de investigación estimulando la regeneración celular de las células del oído interno.

El desarrollo de los trasplantes celulares en el oído interno y su posible aplicación en un futuro como tratamiento de la sordera neurosensorial es una de las grandes esperanzas en los pacientes con este tipo de discapacidad.

En España esta aumentando el interés por la creación de centros especializados en la búsqueda y desarrollo de terapias que consigan la regeneración celular en el oído interno. Actualmente es necesario disponer de médicos-investigadores con conocimiento y experiencia de las técnicas de tratamiento que se encuentran en desarrollo. Una vez adquirido este conocimiento será posible la creación de departamentos o centros especializados en el tratamiento y la investigación de enfermedades degenerativas. Estos departamentos se convertirán en centros de enseñanza de profesionales interesados en el desarrollo de nuevas terapias. La colaboración con los hospitales extranjeros pioneros en la investigación, como es el Johns Hopkins Hospital, es de una vital importancia para la adecuada calidad de estos nuevos centros de enseñanza en España.

Mi experiencia anterior en el estudio de los trasplantes celulares y en el aislamiento y diferenciación de células madre del oído interno hace que sea un candidato adecuado para el aprendizaje de estas técnicas y su posterior enseñanza y difusión en España.