Development and chracterization of in vivo models for photopharmacology
- Autores: Alexandre Gomila Juaneda
- Directores de la Tesis: Pau Gorostiza Langa (dir. tes.), Artur Llobet Berenguer (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2021
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Leif Hove-Madsen (presid.), Marta Barenys Espadaler (secret.), Chris Jopling (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biomedicina por la Universidad de Barcelona
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
A les xarxes neuronals es constitueixen les interaccions més complexes que poden donar-se en la biologia, i n’és la seva integració i resolució el que determina amb gran precisió qualsevol conducta. L’alteració de la fisiologia cel·lular i neuronal s’ha produït, majoritàriament, mitjançant l’administració de substàncies amb components actius, com fàrmacs o toxines. És la manipulació d’aquesta fisiologia allò que permet produir canvis a tots els nivells de l’estructura biològica, des del nivell molecular fins la integració de xarxes i teixits. L’estudi de l’acció farmacològica arreu de l’organisme, tant a nivell de recerca com per al tractament terapèutic, és el cimal de la neurociència. Tant les estructures neuronals com la seva regulació mitjançant neurotransmissors han estat integrades en tot el regne dels vertebrats. La pressió evolutiva de determinats processos és tal que la regulació de comportaments socials mitjançant fàrmacs per a la medicina humana és transversal, sinó idèntica, en models animals tan allunyats com els crustacis.
La conducta humana, com l’animal, està governada per sistemes interconnectats, la unitat dels quals resideix en les neurones. Les cèl·lules neuronals són una munió viva i complexa que integra i resol senyals biològiques mitjançant la seva excitabilitat. Aquesta excitabilitat recau sobre les estructures proteiques de la seva membrana, sensibles química i elèctricament: els receptors i canals iònics. L’activació o inactivació d’aquestes proteïnes ve dictada per missatgers químics, els neurotransmissors, els quals son alliberats a la sinapsis des dels axons neuronals d’una cèl·lula contigua.
La farmacologia clàssica per a la manipulació de les senyals neuronals presenta els inconvenients derivats de la impossibilitat d’un control estricte a nivell espacial i temporal de l’acció del fàrmac, propiciant efectes secundaris no desitjats. El desenvolupament d’eines farmacològiques regulades amb llum ha revolucionat la neurobiologia experimental i la fisiologia mèdica. La manipulació optogenètica es basa en l’expressió de proteïnes sensibles a la llum, com les rodopsines, mitjançant les quals es pot alterar l’activitat neuronal sota determinades longituds d’ona. No obstant, aquesta tècnica requereix de l’expressió demesia de la proteïna mitjançant teràpia gènica, sovint alterant la fisiologia cel·lular i amb patrons d’expressió en altres tipologies cel·lulars1.
Una altra eina que es basa en l’ús de la llum és la fotofarmacologia. En termes generals, la fotofarmacologia descriu la incorporació d’un constructe químic sensible a la llum dins una estructura major, des de petites molècules fins pèptids o proteïnes. Sota l’exposició a llum aquest constructe fotosensible indueix un canvi en la conformació global en què està immers, permetent la interacció o modificació de la seva diana farmacològica. La fotofarmacologia clàssica també comparteix amb l’optogenètica la necessitat d’expressar proteïnes modificades. Ara bé, actualment les estratègies fotofarmacològiques opten per la modificació de molècules amb activitat farmacològica que siguin difusibles i/o que puguin conjugar amb l’estructura diana. Podem diferenciar-ne la fotofarmacologia irreversible o compostos engabiats, la qual un cop la molècula encapsulada en una estructura fotodepenent és alliberada per exposició a llum, no és pot recuperar i la seva acció és unidireccional. Seguidament poden definir-se aquelles molècules fotofarmacològics reversibles, com els lligands fotocròmics lliures (PCLs, en les sigles en anglès) i els lligands units fotocommutables (PTLs, en anglès)1,2.
La fotofarmacologia ha demostrat la seva utilitat en diversos camps de la neurociència. Ha estat emprada per a la regulació del dolor amb major precisió que analgèsics locals3,4, també per al control espai-temporal de la neurotransmissió5,6, està essent optimitzada per a la recuperació de la visió en models cegs7,8, i per la regulació de l’homeòstasi de glucosa in vivoper a la diabetes9.
Davant el progrés en la recerca de fàrmacs fotofarmacològics són necessaris models animals per a la identificació i el cribratge dels compostos amb potencial terapèutic o de recerca. Les espècies aquàtiques de Danio rerio i Xenopus compleixen requisits indispensables per al cribratge de nous compostos dependents de llums. En primer lloc, són models animals ben caracteritzats, tant a nivell genètic, fisiològic i conductual, amb gran homologia amb espècies mamíferes, inclosa la humana, i amb un gran percentatge de proteïnes i estructures homòlogues involucrades en patologies humanes10–13. En segon terme, són barats en el seu manteniment i en la seva replicació, generant gran quantitat d’individus en cadascuna de les postes. Finalment, i de capital importància per a la recerca amb compostos sensibles a la llum, les seves formes juvenils són transparents i el seu desenvolupament és conegut i accessible per a la inspecció visual.
Amb tot, l’adaptació de tècniques de cribratge de fàrmacs basades en el trets fenotípics al llarg del desenvolupament i de la conducta de les larves facilita la identificació de compostos en estadis primerencs de la recerca bàsica. L’estudi dels condicionants i de les característiques pròpies d’un i altre organisme en termes conductuals i fisiològics és un pas indispensable per a proposar i caracteritzar assajos de cribratge fotofarmacològic. Aquest treball vol demostrar com la utilització de peixos zebra i de capgrossos resulta una eina diferencial, indispensable, cost eficient i fiable en la recerca de compostos fotocròmics, així com també per a la seva identificació per a futurs estudis transaccionals.
