Biosensores para determinar la eficacia farmacológica en enfermedades neurodegenerativas

Resumen

Las enfermedades neurodegenerativas (ENs) se caracterizan por una muerte neuronal que produce déficits cognitivos o motores así como alteraciones en el comportamiento. Las ENs más prevalentes son la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA). Aunque se han descrito mecanismos comunes entre las distintas ENs, se desconoce la causa que desencadena estas enfermedades, lo que dificulta el desarrollo de terapias efectivas. Para ello, el desarrollo de nuevos biosensores es crucial para comprender mejor estas patologías y evaluar candidatos a fármaco de manera eficaz. Los biosensores son dispositivos que permiten detectar un analito o molécula de interés utilizando elementos biológicos. Entre los biosensores más relevantes se encuentran los que están basados en fluorescencia debido a su alta sensibilidad y capacidad de monitorizar procesos in vivo. Generalmente, estos biosensores están basados en proteínas fluorescentes o fluoróforos orgánicos aunque recientemente se han desarrollado nanopartículas fluorescentes, denominadas Quantum dots (QDs) que presentan unas propiedades ópticas optimizadas. Los QDs están generalmente compuestos por un núcleo de Cd/Se y típicamente recubiertos de una capa de Zn/S. Debido a su gran superficie pueden ser conjugados con distintas biomoléculas de interés, convirtiéndolos en herramientas con gran versatilidad. El principal objetivo de este trabajo ha sido el desarrollo de biosensores basados en QDs para evaluar fármacos en distintos modelos celulares de ENs. Concretamente se han desarrollado biosensores para tres aplicaciones distintas: Estudios de perfil molecular. Se han utilizado QDs conjugados con anticuerpos primarios mediante la unión con una proteína adaptora o con anticuerpos secundarios para implementar un inmunoensayo de marcaje simultáneo. En primer lugar, se ha realizado una caracterización extensiva de las distintas propiedades de los bioconjugados de QDs como el tamaño, la carga o su penetración nuclear en distintos modelos celulares. Debido a la permeabilidad selectiva de los bioconjugados QD para marcar solamente proteínas citosólicas, se ha implementado un inmunoensayo para marcar la fracción citosólica de TDP-43 y su forma fosforilada en linfoblastos derivados de controles sanos y pacientes de ELA tratados con un potencial candidato a fármaco. Estudio del transporte intracelular. Se han diseñado y sintetizado sondas fluorescentes de unión a kinesina y dineína, las proteínas motoras encargadas del transporte intracelular. Tras su validación en célula viva, estas sondas se han utilizado para caracterizar alteraciones en el transporte axonal en neuronas motoras derivadas de pacientes de ELA y en un modelo celular de agregación de TDP-43. Además, estas sondas han permitido por primera vez, evaluar la acción de candidatos a fármaco a nivel funcional. Desarrollo de un sensor FRET para determinar actividad enzimática. Por último, se ha desarrollado un biosensor para determinar la actividad enzimática de BACE1 basado en el mecanismo de FRET con QDs. Tras optimizar las condiciones del ensayo, se ha validado el sensor para evaluar potenciales inhibidores de BACE1. En conclusión, se ha demostrado que los biosensores permiten comprender mejor los procesos patológicos que subyacen las enfermedades y por lo tanto desarrollar tratamientos más eficaces.