Direccionamiento neuronal remoto utilizando nanopartículas y campos magnéticos

Romartínez Alonso, Beatriz
Goya Rossetti, Gerardo F. (dir.) ; Calatayud Sanz, M. Pilar (dir.)

Universidad de Zaragoza, CIEN, 2013
Departamento de Física de la Materia Condensada, Área de Física de la Materia Condensada

Máster Universitario en Materiales Nanoestructurados para Aplicaciones Nanotecnológicas (Nanostructured Materials for Nanotechnology Applications)

Resumen: La regeneración del sistema nervioso, como tratamiento para las lesiones nerviosas traumáticas o enfermedades degenerativas, ha sido una idea perseguida a lo largo de décadas. El surgimiento de la nanotecnología ha permitido nuevas estrategias para la regeneración nerviosa, a través de enfoques innovadores basados en materiales nanoestructurados. Varias terapias de guiado neuronal se basan en estos ‘andamios’ nano-estructurados que sirven como "canales de guía de nervios " que proporcionan un conducto eficaz durante el proceso de regeneración del nervio. El presente trabajo se ha desarrollado en el marco de una nueva metodología, mínimamente invasiva, para el guiado físico de neuritas y axones basada en el uso de nanopartículas magnéticas y campos magnéticos aplicados remotamente. Esta estrategia se basa en la hipótesis de que las células neuronales pueden, bajo la aplicación de una fuerza de tracción producida y aplicada externamente, guiar el proceso de crecimiento de las neuritas y el alargamiento del axón a lo largo de la dirección impuesta por dichos campos magnéticos. El objetivo central de este trabajo ha sido demostrar que las nanopartículas magnéticas (NPMs) pueden utilizarse para generar estas fuerzas de tracción bajo el efecto de un gradiente de campo magnético externo, y estas fuerzas puede a su vez provocar la orientación de las neuritas a lo largo de la dirección del campo magnético. Las NPMs utilizadas están compuestas por un núcleo magnético de Fe3O4 recubierto por polietilenimina (PEI-NPMs), con tamaños de 25 ± 5 nm. Células de la línea PC12 fueron seleccionadas como modelo neuronal para los experimentos in vitro. Las PEI-NPMs mostraron una baja toxicidad en células PC12, y su cuantificación se llevó a cabo a través de ensayos de absorción colorimétrica mediante un complejo de hierro-tiocianato. El estudio de la distribución intracelular de las NPMs mediante técnicas de doble haz (FIB / SEM) y TEM reveló la coexistencia de aglomerados de NPMs internalizados en el espacio intracelular, junto con otros aglomerados parcialmente internalizados, es decir, atravesando la membrana celular. Cuando las células PC12 cargadas con PEI-NPMs fueron expuestas a un campo magnético estático se observó que el crecimiento de las neuritas ocurría preferencialmente en la dirección de la fuerza magnética externa aplicada. Simultáneamente, se observó un incremento estadísticamente significativo en la longitud promedio de las neuritas cuando éstas se encontraban cargadas con NPMs y sometidas al campo magnético externo. Hemos demostrado que la orientación de los axones producida tiene su origen en la fuerza magnética que actúa sobre las NPMs previamente incorporadas a las neuritas. Por otra parte, se ha observado un efecto adicional de las NPMs incorporadas, específicamente que las NPMs pueden estimular el proceso de crecimiento de las neuritas, abriendo la posibilidad de una terapia bi-funcional: la orientación remota en conjunto con la estimulación del crecimiento axonal. Estos resultados abren la posibilidad de nuevas terapias multifuncionales no invasivas para lesiones nerviosas severas, mediante el uso de NPMs y de campos magnéticos externos.

Palabra(s) clave (del autor): crecimiento de neuritas ; nanopartículas magnéticas ; diferenciación neuronal ; campo magnético ; regeneración

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master