Modelos ‘in vitro’ para estudiar la isquemia cerebral

El médico panameño, Bernardino Denis Wing, becario de la Secretaría Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación (Senacyt) e investigador del Instituto de Investigación Científica y Servicios de Alta Tecnología (Indicasat AIP), ha desarrollado los primeros dos modelos in vitro con células de cerebro de ratas para estudiar la isquemia cerebral en Panamá.

La isquemia cerebral, o accidente cerebrovascular isquémico, ocurre cuando hay una obstrucción en el flujo sanguíneo al cerebro, generalmente debido a un trombo o coágulo en un vaso sanguíneo. La reducción del flujo de la sangre disminuye la entrega de oxígeno, glucosa y otros nutrientes esenciales, lo que lleva a la muerte de las células nerviosas (neuronas) en pocos minutos.

Las consecuencias de una isquemia cerebral incluyen daño cerebral, parálisis, problemas del habla, de la visión y de la memoria y dificultad para realizar actividades diarias. Estas secuelas dependen de la duración y severidad del evento isquémico, así como la región del cerebro afectada. El pronóstico mejora con la restauración temprana del flujo sanguíneo.

El Dr. Denis es el primer graduado del Doctorado en Investigación Biomédica y Clínica de la Facultad de Medicina de la Universidad de Panamá, en alianza con el Indicasat AIP. Su trabajo de tesis doctoral, titulado “Efectos de la matriz extracelular en la supervivencia neuronal de un modelo isquémico basado en la prevención de oxígeno y glucosa”, fue sustentado el 12 de julio de 2024. Su asesor de tesis fue el Dr. Rolando Gittens.

“Me siento orgulloso de haber cursado este doctorado, era algo que quería realizar hace tiempo. Este programa es el primero que toma médicos de Panamá y les permite ingresar a las ciencias biomédicas haciendo investigación de ciencias básicas y ciencias preclínicas para desarrollar productos”, dijo el Dr. Denis.

En investigación preclínica se utilizan modelos experimentales para estudiar enfermedades, evaluar nuevos tratamientos y entender mejor los mecanismos biológicos subyacentes. Los modelos pueden ser en organismos vivos, en cultivos celulares o tejidos (in vitro) e, incluso, modelos computacionales.

Para estudiar los efectos de la isquemia cerebral y posibles tratamientos, entre ellos, sustancias neuroprotectoras, antioxidantes y factores de crecimiento que puedan proteger las neuronas durante una isquemia, el Dr. Denis desarrolló dos modelos con células de cerebro de embriones de ratas.

“Los modelos in vitro son como ‘un paciente virtual’ que permiten probar terapias en un evento de isquemia inducido, sometiendo las células a la falta de oxígeno y de glucosa”, explicó el Dr. Denis.

El primer modelo consiste en un cultivo enriquecido con 90% de neuronas, diseñado para evaluar el comportamiento específico de las neuronas durante la isquemia y explorar cómo ayudarlas. El segundo modelo es mixto, con un 30% de neuronas y otras células cerebrales, y este permite estudiar las interacciones entre las neuronas y otras células del cerebro y cómo se puede ayudar a todas las células que están en el evento isquémico.

Las células se “siembran” en platos plásticos que contienen pocillos a los cuales se les añade un líquido especial (medio de cultivo), diseñado para madurar y mantener las células neuronales. Cada pocillo contiene alrededor de 500 mil células.

Estos cultivos celulares se mantienen en una incubadora durante 10 días con una temperatura de 37°C y con un 5% de dióxido de carbono para que vayan madurando. Cada tres días se alimentan y se les cambia el medio. Pasados los 10 días, los cultivos se someten a condiciones que imitan una isquemia para estudiar el daño neuronal y evaluar sustancias protectoras.

Para simular la isquemia a los cultivos se les cambia el medio de cultivo por uno sin glucosa y luego son introducidos en una cámara con menos de 0.1% de oxígeno. Los cultivos enriquecidos de neuronas se someten a este ambiente por una hora y los cultivos mixtos por dos horas.

El médico explica que, en este tipo de investigación, se pueden usar biomateriales que incorporan ciertos compuestos terapéuticos solubles para promover la supervivencia celular durante la isquemia.

“Utilizamos una matriz extracelular descelularizada de cerebro de cerdo (trocitos de la estructura del cerebro a los que les quitaron las células y toda el agua). Esta matriz se prepara como una solución; en la investigación se prepararon soluciones de distintas regiones del cerebro y en las pruebas para evaluar neuroprotección, dieron resultados positivos”, añadió el investigador.

A futuro, el desarrollo de compuestos derivados de la biodiversidad panameña, como plantas y frutas, para proteger las células cerebrales durante una isquemia, podría ser evaluado usando los modelos desarrollados por el Dr. Denis, abriendo el camino hacia nuevas terapias.

“Si las terapias funcionan para mejorar la salud de este ‘paciente virtual’, las podríamos pasar a la siguiente etapa de investigación”, señaló el investigador.

El paso lógico sería usar un modelo in vivo en ratas adultas, someterlas a una obstrucción de una arteria durante un tiempo, reinstaurar el flujo sanguíneo y luego aplicar la terapia para evaluar la recuperación o si hay secuelas. Todos estos experimentos se realizan siguiendo las normas de bioética.

“Me gustaría continuar trabajando con este tema porque no se sabe mucho de la isquemia cerebral, las terapias son limitadas y no todo el mundo tiene posibilidades de recibirlos”, mencionó el Dr. Denis. “Aspiro a entender más sobre la enfermedad, buscar nuevos objetivos de terapias y tener una vertiente de investigación en neuroepidemiología”.

Las enfermedades cerebrovasculares están entre las cinco principales causas de muerte en Panamá. La mayoría de los accidentes cerebrovasculares se deben a una obstrucción (80%) y el 20% restante es hemorrágico, debido a la ruptura de un vaso sanguíneo (derrame). Las estadísticas registran las muertes, pero no se conoce cuántas personas sobreviven a una isquemia cerebral o si quedan con alguna discapacidad.

La prevención de un evento isquémico está relacionada con un estilo saludable: dormir lo suficiente, consumir una dieta balanceada y hacer ejercicio regularmente. Prevenir la hipertensión, la diabetes tipo 2 y los problemas renales, también ayuda a reducir el riesgo de enfermedades cerebrovasculares.