Soluciones para neurociencia
y neurobiología
Avanzando en la investigación de los trastornos neurológicos usando modelos derivados de iPSC
Soluciones de Molecular Devices para la investigación en neurociencia y neurobiología usando modelos derivados de iPSC
En Molecular Devices estamos comprometidos a avanzar en el campo de la neurociencia y la neurobiología a través de soluciones innovadoras que permitan a los investigadores explorar las complejidades del cerebro y del sistema nervioso. Nuestras tecnologías de última generación y plataformas integrales están diseñadas para apoyar una gran variedad de áreas de investigación, desde procesos celulares y moleculares a enfermedades neurodegenerativas y neurofarmacología.
Nuestras soluciones incluyen sistemas de cribado de alto rendimiento, como el sistema de cribado celular de alto rendimiento FLIPR® Penta que permite realizar estudios detallados de la actividad neuronal y de los mecanismos patológicos usando modelos derivados de iPSC humanas. Además, nuestra solución automatizada de adquisición de imágenes celulares, el sistema de cribado de alto contenido ImageXpress®, proporciona resultados fiables y reproducibles para el análisis de la red neuronal y la detección de neurotoxicidad.
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Aprovechando nuestras herramientas de última generación y nuestra experiencia, los investigadores pueden profundizar en los mecanismos fundamentales de la función neural, desarrollar tratamientos nuevos para los trastornos neurológicos y mejorar la comprensión general del sistema nervioso. Si está usted estudiando la neurogénesis, la transmisión sináptica o el impacto de los factores ambientales en la salud del cerebro, Molecular Devices le ofrece las soluciones que necesita para impulsar sus investigaciones.
¿Qué es la neurociencia?
El estudio de la neurociencia se centra en el cerebro, la médula espinal y las neuronas, una red de células nerviosas sensoriales y motoras. Los investigadores estudian su estructura, función y desarrollo para entender cómo funcionan en conjunto para influir en nuestros pensamientos, emociones y comportamientos.
- Áreas de investigación en neurociencia: El amplio y dinámico campo de la neurociencia se centra en cómo funcionan los diferentes aspectos del cerebro y el sistema nervioso, desde los procesos celulares y moleculares hasta el desarrollo, el comportamiento y la función cognitiva.
- Importancia de la neurociencia molecular y celular: La neurociencia celular y molecular es un área de la neurociencia en rápido crecimiento que proporciona información detallada del sistema nervioso a nivel microscópico. En esta se estudia cómo se procesa la información en el cerebro a través de las neuronas, impulsando el desarrollo de nuevos tratamientos génicos y con células madre, el Alzheimer, el Parkinson, la esclerosis múltiple, la depresión y la medicina de precisión.
¿Qué es la neurobiología?
La neurobiología es el estudio de los componentes físicos del sistema nervioso a nivel celular y molecular, centrándose en su estructura, su mecanismo y cómo afecta al comportamiento.
- Áreas de investigación en neurobiología: La neurobiología abarca una amplia variedad de áreas, como los sistemas sensorial y motor, las funciones cognitivas como la memoria y la toma de decisiones, y las bases neurales de las emociones y los comportamientos sociales. También pone de relieve los trastornos neurodegenerativos y del neurodesarrollo, la neurobiología y la neurofarmacología. Este enfoque multidisciplinar se esfuerza por profundizar en nuestra comprensión del cerebro y desarrollar tratamientos para afecciones neurológicas y psiquiátricas.
- Importancia de la neurobiología celular y molecular: La neurobiología celular y molecular es una rama de la neurobiología que estudia el sistema nervioso, centrándose en la estructura y función de las neuronas y las células gliales y que explora procesos como la neurogénesis, la transmisión sináptica y la transducción de señales. Su objetivo es entender los mecanismos fundamentales de la función neural y desarrollar tratamientos para trastornos neurológicos.
Aumento de los trastornos neurológicos y sus causas y soluciones
Los trastornos neurológicos van en aumento, afectando a mil millones de personas y convirtiéndose en una causa principal de discapacidad y muerte. Este aumento se debe a la mayor esperanza de vida y a la mejora de los diagnósticos. Además, sustancias químicas ambientales, como el plomo, el metilmercurio y los organofosfatos, están ligadas a problemas de neurodesarrollo, como los problemas conductuales y cognitivos, incluido el TADH, los trastornos del espectro autista y coeficientes intelectuales más bajos, lo que pone de manifiesto lagunas en las pruebas de seguridad. Asimismo, la neurotoxicidad dificulta el desarrollo de fármacos, causando costosos retrasos y ensayos clínicos fallidos.
Es necesario acelerar la investigación para entender estas enfermedades a nivel celular y molecular con el fin de lograr mejores tratamientos y prevención. Los métodos avanzados con células de tejido derivadas de iPSC humanas y los ensayos con adquisición de células de alto rendimiento ofrecen modelos exactos para el estudio de trastornos neurológicos, análisis de compuestos químicos y desarrollo de fármacos seguros.
Los modelos animales tradicionales tienen limitaciones, lo que conlleva un cambio hacia modelos in vitro relevantes para humanos, como los organoides derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) humanas. Las plataformas avanzadas, como microBrain 3D de StemoniX, combinadas con el sistema FLIPR permiten el cribado de alto rendimiento y un estudio detallado de la actividad neural. Esta combinación proporciona información crítica de los mecanismos patológicos y los posibles tratamientos. Estos modelos neurobiológicos ofrecen un enfoque prometedor para el cribado de toxicidad, la creación de modelos de enfermedad y el desarrollo de fármacos, con el objetivo de mejorar las intervenciones terapéuticas y el desenlace de los pacientes.
Figura 1. microBrain 3D, un neuroesferoide humano 3D de alto rendimiento, robusto y reproducible para el descubrimiento de fármacos. Los neuroesferoides microBrain 3D contienen aproximadamente un número equivalente de astrocitos (GFAP) y neuronas (MAP2), y se proporcionan en placas de 96 o 384 pocillos, en las que cada pocillo contiene un único neuroesferoide de tamaño uniforme.
Lea aquí el artículo en profundidad: Neurociencia: salvando el vacío entre la investigación con células y la investigación en humanos
Caracterización funcional de neuroesferas 3D sanas y relacionadas con la enfermedad de Alzheimer
Los recientes avances en el desarrollo de organoides neurales 3D in vitro, utilizando células neurales derivadas de iPSC diferenciadas terminalmente, han revelado una innovadora plataforma de ensayo con células. Este innovador enfoque ofrece un potencial importante para la evaluación de la neurotoxicidad, los efectos neuroactivos de diversos neuromoduladores y la creación de modelos de enfermedad. Estos organoides neurales 3D se distinguen por su facilidad de uso, la uniformidad entre pocillos y placas de ensayo, la simplicidad del análisis de los datos y la importancia biológica, lo que les convierte en una herramienta inestimable para la detección precoz de neurotoxicidad in vitro.
Diagrama esquemático del flujo de trabajo del proceso. (1) Las células derivadas de iPSC se descongelan y se combinan en proporciones de aprox. 90 % de neuronas y 10 % de astrocitos en (2) placas de formación de esferoides 3D de adherencia ultrabaja (ULA). (3) Las neuroesferas se forman en 24-48 horas y (4)-(5) se mantienen en cultivo con medios normales durante >21 días. (6) Las células se analizan en el sistema FLIPR Penta o un sistema de adquisición de imágenes celulares.
Una función crítica de esta plataforma es el uso de adquisición de imágenes cinéticas de calcio, que proporciona lecturas fiables y exactas de la actividad neural funcional, lo que permite la evaluación de los cambios fenotípicos y los efectos de los compuestos. En particular, los organoides formados con mutantes ApoE 4/4 de neuronas GABA mostraron una reducción de la excitabilidad, que se revertía eficazmente con fármacos utilizados para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer (EA). Además, los fenotipos mutados mostraban un aumento moderado de la excitabilidad, con una respuesta más significativa a los fármacos estimulantes.
Este sofisticado sistema biológico, que combina neuroesferas 3D con el análisis detallado de las oscilaciones de calcio, representa una herramienta prometedora e informativa para la creación de modelos de enfermedad y la evaluación funcional fenotípica. Sus posibles aplicaciones en el análisis de compuestos son numerosas y ofrecen nuevas vías de investigación y desarrollo.
Póster científico destacado
En este estudio elegimos crear un modelo de enfermedad de Alzheimer (EA) incorporando variantes alélicas del gen ApoE (2/2, 3/4 y 4/4) para crear “neuroesferas” específicas de la enfermedad.
Aplicaciones y áreas de investigación clave
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Nuestro compromiso con la investigación en neurociencia y neurobiología
Molecular Devices proporciona instrumentos para el cribado de alto rendimiento (sistema FLIPR®), electrofisiología (Axon™ Patch-Clamp) y adquisición de imágenes celulares (sistemas de adquisición de imágenes de alto contenido ImageXpress), que son esenciales para la realización de estudios en profundidad que permitan avanzar en la investigación de neurociencia y neurobiología celular.