Neurología molecular

Grupo Neurología Molecular

Neurología molecular

 

Investigador principal: Dr. Francisco Javier Rodriguez

E-mail: fjrodriguez@sescam.jccm.es

 

El Grupo de Neurología Molecular (GNM) se fundó en 2005 con el objetivo de identificar nuevas dianas terapéuticas y desarrollar terapias combinadas para inducir neuroprotección y promover reparación neural. Esta amplia aproximación experimental se afronta a través de una investigación multidisciplinar que abarca desde sus aspectos más moleculares hasta su correlación funcional motora y sensitiva, electrofisiológica e histológica en modelos animales clínicamente relevantes de lesión o afectación del sistema nervioso.

 

Nuestro principal hallazgo ha sido la descripción por primera vez de la expresión de la mayoría de miembros de la familia de proteínas Wnt en la médula espinal adulta y su implicación en la respuesta a lesión traumática o neurodegeneración, intentando que los resultados obtenidos en modelos de experimentación animales tengan un correlato y con ello potencial relevancia terapéutica en muestras obtenidas a partir de donantes humanos sanos y patológicos. En este contexto, nuestro interés más inmediato persigue la continua identificación de nuevas dianas Wnty el inicio de su aplicación al desarrollo de estrategias terapéuticas para lesiones de médula espinal traumáticas y una patología neurodegenerativa difusa como es la Esclerosis Lateral Amiotrófica. Para ello, nuestros esfuerzos están enfocados al desarrollo de terapias Wnt basadas en ingeniería de proteínas y biomateriales recombinantes, que permitan efectos biológicos específicos y versatilidad en las vías de administración (sistémica o en el propio tejido dañado).

 

En paralelo, nuestro grupo ha contribuido al campo de la terapia celular con la descripción de una fuente novel de células madre autólogas localizadas en las leptomeninges de la médula espinal adulta con potencial para generar nuevas neuronas y oligodendrocitos, y generado la prueba de concepto yeficacia de transplantes de células mesenquimales de tejido adiposo humano en lesiones agudas de médula espinal,cuyos resultados han contribuido al diseño e inicio de un ensayo clínico en curso (https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT02917291). Asimismo, tenemos interés en el desarrollo de nuevas terapias basadas en fármacos actualmente empleados en clínica, como la leptina con importantes interacciones con la familia de proteínas Wnt. Finalmente, nuestro grupo ha participado en los últimos años en un consorcio Europeo centrado en el desarrollo de nuevas prótesis que favorezcan la regeneración de nervios periféricos dañados, y colabora con grupos expertos en biomateriales para el desarrollo de herramientas que permitan una administración adaptada a cada tipo de patología de los tratamientos farmacológicos, moleculares o celulares hallados efectivos. El objetivo final es determinar los mecanismos moleculares y celulares subyacentes al daño neural y desarrollar nuevas terapias reparativas con potencial traslacional.

 

El GNM cuenta actualmente con 3 proyectos de investigación financiados para el periodo 2019-2023 por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Instituto de Salud Carlos III y la Consejería de Educación, Cultura y Deportes; 1 beca post-doctoraldel Servicio de Salud de Castilla-La Mancha;1 patente PCT activa; 20 publicaciones aceptadas y 4 en revisión/preparación para 2020.

 

 

Publicaciones seleccionadas

 

  1. González P&, González-Fernandez C, Campos-Martín Y, Mollejo M, Carballosa-Gautam M, Marcillo A, Norenberg M, Rodríguez FJ& (& Co-Correspondingauthors). Frizzled 1 and Wnt1 as new potential therapeutic targets in the traumatically injured spinal cord. Cell Mol Life Sci (2020), Jan 3. doi: 10.1007/s00018-019-03427-4. [Epub ahead of print].
  2. González P&, González-Fernández C, Rodríguez FJ& (&Co-Correspondingauthors). Spatio-temporal and cellular expression pattern of PTK7 in the healthy rat and human spinal cord and after traumatic spinal cord injury in the rat. Cell MolNeurobiol (2020), Jan 23. doi: 10.1007/s10571-020-00794-6. [Epub ahead of print].
  3. González-Fernández C&, González P, Rodríguez FJ&(&Co-Correspondingauthors).New insights into Wnt signaling alterations in amyotrophic lateral sclerosis: a potential therapeutic target? Neural Regen Res (2020), 15(9):1580-1589.
  4. Maqueda A&, Rodríguez FJ& (&Co-Corresponding authors). Efficacy of human HC016 cell grafts in tissue preservation and functional recovery in a rat model of acute spinal cord injury.J TissueEngRegenMed (2020), 14(2):319-333.
  5. González-Fernandez C, González P, Andrés-Benito P, Ferrer I, Rodríguez FJ. Wnt signaling alterations in the human spinal cord of amyotrophic lateral sclerosis cases: spotlight on Fz2, Fz5 and Wnt5a. MolNeurobiol (2019), 56(10):6777-6791.
  6. P , McMahon S, Wang X, Keaveney S, O'Cearbhaill ED, Quintana I, Rodríguez FJ, Wang W. Synthetic bioresorbable poly-α-hydroxyesters as peripheral nerve guidance conduits; a review of material properties, design strategies and their efficacy to date. BiomaterSci (2019), 7(12):4912-4943.
  7. Dolci S, Pino A, Berton V, Gonzalez P, Braga A, Fumagalli M, Bonfanti E, Malpeli G, Pari F, Zorzin S, Amoroso C, Moscon D, Rodriguez FJ, Fumagalli G, Bifari F, Decimo I. High yield of adult oligodendrocytes lineage cells obtained from meningeal biopsy. Frontiers in Pharmacology (2017); 8:703.
  8. González Fernández C; Arévalo Martín A; Paniagua Torija B; Ferrer I; Rodríguez FJ&; García Ovejero D&. (& Co-Corresponding Authors).Wnts are expressed in the ependymal region of the adult spinal cord. Molecular Neurobiology (2017); 54(8):6342.
  9. González P, Rodríguez FJ. Analysis of the expression of the Wnt family of proteins and its modulatory role on cytokine expression in non-activated and activated astroglial cells. Neuroscience Research (2017); 114- 16-29.
  10. González Fernández C; Mancuso R; del Valle J; Navarro X; Rodríguez FJ. Wnt Signaling Alteration in the spinal cord of Amyotrophic Lateral Sclerosis Transgenic Mice: Special Focus on Frizzled-5 Cellular Expression Pattern. PLoS One (2016); 11-5: e0155867.
  11. González-Fernández C; Fernández-Martos CM; Arenas E; Rodríguez FJ. Wnts are expressed in the spinal cord of adult mice and are differentially induced after injury. J Neurotrauma (2014); 31(6): 565.
  12. González P; Fernández-Martos CM; Rodríguez FJ. The Ryk Receptor Is Expressed in Glial and Fibronectin-Expressing Cells after Spinal Cord Injury. J Neurotrauma (2013); 30 (10): 806-817.
  13. González P; Fernández-Martos CM; González-Fernández C; Arenas E; Rodríguez FJ.Spatio-Temporal Expression Pattern of Frizzled Receptors after Contusive Spinal Cord Injury in Adult Rats.PLoS One (2012); 7 (12): e50793.
  14. Fernández-Martos CM; González P; Rodríguez FJ. Acute Leptin Treatment Enhances Functional Recovery after Spinal Cord Injury. PLoS One (2012); 7(4): e35594.
  15. Fernandez-MartosCM, Gonzalez-FernandezC, GonzalezP, MaquedaA, ArenasA, RodriguezFJ. Differential expression of Wnts after Spinal Cord Contusion Injury in adult rats.PLoS One (2011); 6 (11): e27000.
  16. Decimo I; Bifari F; Rodríguez FJ; Malpeli G; Dolci S; Lavarini V; Vázquez S; Sciancalepore M; Montalbano A; Berton V; Krampera M; Fumagalli G. Nestin- and DCX-Positive Cells Reside in Adult Spinal Cord Meninges and Participate to Injury-Induced Parenchymal Reaction. Stem Cells (2011); 29 (12): 2062-2076.

 

 

Equipo

 

  • F. Javier Rodríguez (Dr. en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Barcelona 1999).
  • Pau H. González (Dr. en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Barcelona 2009).
  • Alfredo Maqueda Fernández (Dr. en Ciencias Biológicas, Universidad Autónoma de Madrid 2007).
  • Carlos González-Fernández (Dr. en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina, Universidad Complutense de Madrid 2015).
  • Virginia Pérez Jort (Lab Manager. Licenciada en Biología).
  • Sandra Vázquez Pérez (Técnico Especialista de Laboratorio).

 

 

 

Colaboraciones externas en activo

 

  1. Dr. F. Javier Arias y Dra. A. Girotti. Grupo BIOFORGE. Universidad de Valladolid (España).
  2. Dr. Isidre Ferrer. Institut de Neuropatologia, Serveid’Anatomia Patològica, IDIBELL-Hospital Universitari de Bellvitge, Universitat de Barcelona (España).
  3. Dr. Xavier Navarro y Dr. Rubén López-Valés. Grupo de Neuroplasticidad y Regeneración. Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología. Universidad Autónoma de Barcelona (UAB, España).
  4. Dr. Ernest Arenas. Unidad de Neurobiología Molecular. Departamento de Bioquímica Médica y Biofísica. Instituto Karolinska (Suecia).
  5. Consorcio NEURIMP: IK4-Tekniker e HISTOCELL (España); ContiProPharma (República Checa), Vornia (Irlanda), Univ. Sheffield y Univ. Westminster (ReinoUnido), Qserve Consultancy (Holanda).

 

 

 

Líneas de investigación

 

  1. Desarrollo de terapias farmacológicas: Evaluación en modelos “in vitro” y animales de daño neural de fármacos usados habitualmente en clínica, como minociclina, litio, ibuprofeno o leptina, cuya administración única o combinada promueva la neuroprotección y la regeneración axonal/tisular.
  2. Generación de terapias celulares: Desarrollo de nuevos protocolos para aislar, expandir e instruir transplantes celulares obtenidos a partir de tejidos autólogos y fácilmente accesibles, con capacidad para promover neuroprotección, inmunomodulación positiva, regeneración axonal y/o sustitución celular (neuronas y oligodendrocitos).
  3. Búsqueda de nuevas dianas terapéuticas: Caracterización de nuevos factores relevantes para la patofisiología de la lesión medular mediante técnicas de PCR cuantitativa, proteómica e inmunohistoquímica. Es este apartado nuestro principal interés está centrado en la familia de proteínas Wnt.
  4. Desarrollo de nuevos biomateriales nanoestructurados y funcionalizados para promover neuroprotección, regeneración axonal y reparación tisular.

 

 

Proyectos en curso

 

1- WINSPIRE: Desarrollo de una terapia basada en la activación selectiva de la vía canónica Wnt para el tratamiento de la lesión medular aguda. (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades: RTI2018-097775-B-I00).
Evidencias experimentales aportan un soporte sólido a la hipótesis de que la potenciación de la vía de señalización canónica Wnt, mediante la administración exógena de ligandos Wnt canónicos o el bloqueo de sus inhibidores, permitirá reducir el daño secundario y promover la recuperación funcional a través de: 1) Neuroprotección; 2) Reducir la infiltración de células inflamatorias hematógenas; 3) Restaurar la barrera hematoespinal (BHE) y con ello la homeostasis; 4) Resolución de la inflamación vía promoción de un fenotipo M2 facilitador de la reparación tisular; 5) Recuperación funcional por formación de nuevas sinapsis y remielinización.
Nuestros resultados han permitido identificar el eje Wnt1/Frizzled1 y el inhibidor canónico Dkk1 como potenciales dianas terapéuticas durante la fase aguda de la lesión medular. Sin embargo, las terapias Wnt se hallan limitadas por su corta vida media y riesgo intrínseco para inducir carcinogénesis cuando se administran sistémicamente. En consecuencia, se plantea el uso combinado de hidrogeles desarrollados por el Grupo BIOFORGE (Univ. Valladolid), basados en Recombinámeros Tipo Elastina (ELR) diseñados para ser inyectados en tejidos blandos, con propiedades neuroprotectoras y regenerativas, y modificables genéticamente para incrementar la vida media y controlar la liberación de moléculas como las proteínas Wnt.
El objetivo final es el desarrollo de una terapia con potencial clínico basada en la administración, única e intraparénquima a las 24 horas post-lesión durante la cirugía de descompresión, de un hidrogel ELR que contenga Wnt1 y un anticuerpo anti-Dkk1.
La terapia propuesta persigue un potente efecto neuroprotector, restaurador de la BHE y una respuesta inflamatoria resolutiva en las primeras semanas post-lesión, que facilite la reparación tanto tisular como funcional durante los estadios subagudo e intermedio post-lesión promovida por el hidrogel ELR inyectado en el epicentro de la médula espinal dañada.

 

2- SCI-IMMUNOPROTECT: Acute Spinal Cord Injury: IMMUNOmodulation and NeuroPROTection by means of Elastin-Like Recombinamers and Wnt Canonical Signaling Trigger.(Instituto de Salud Carlos III para Desarrollo Tecnológico en Salud coordinado con el Grupo BIOFORGE de la Universidad de Valladolid: DTS19/00129 y DTS19/00162).
Nuestro grupo, junto con otros autores, hemos demostrado la implicación de la familia de proteínas Wnt en la Lesión Medular (LM) y que la activación de su vía de señalización canónica podría ser una terapia prometedora. Sin embargo, el potencial terapéutico de las proteínas Wnt está limitado por su corta vida media, dificultad técnica y alto costo de producción y el riesgo intrínseco de provocar carcinogénesis cuando se administran vía sistémica.
El objetivo principal es el desarrollo de una nueva plataforma tecnológica basada en ingeniería genética de Recombinámeros de Elastina y derivados Wnt, con capacidad para superar las limitaciones que actualmente limitan la traslación clínica de terapias Wnt, a pesar del constante aumento de evidencias preclínicas que implican la desregulación de señalización Wnt en LM, múltiples patologías del SNC y otros tejidos.
El objetivo específico es la aplicación de esta tecnología para desarrollar una terapia Wnt con potencial clínico para LM, que pueda ser administrada como una única inyección intraparenquima en el epicentro durante la cirugía de descompresión en la fase aguda posterior a la lesión, cuando el potencial para inducir un potente efecto terapéutico es mayor, y sea competente para promover una neuroprotección primaria prominente junto con una respuesta tisular capaz de estimular la reparación neural. Las nuevas tecnologías desarrolladas se evaluarán en un modelo clínicamente relevante de LM en rata.

 

3- SCI-WINTHERAPY: Tratamiento agudo de la lesión medular mediante una terapia combinada con hidrogeles de elastina y proteínas recombinantes activadoras de la vía Wnt canónica. (Consejería de Educación, Cultura y Deportes de la Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha: SBPLY/19/180501/000275).
El objetivo general del proyecto presentado es el desarrollo de una terapia Wnt para la LM con potencial clínico, que incluya como principales características la posibilidad de ser administrada como una única inyección intraparenquimática en el epicentro de la lesión en la fase aguda post-lesión, cuando el potencial para inducir un efecto terapéutico eficaz es más elevado, y que tenga la capacidad de inducir una neuroprotección primaria prominente junto con una respuesta tisular capaz de promover la reparación neural en las etapas subaguda e intermedia.
En este contexto, el núcleo central de la propuesta consiste en evaluar la eficacia terapéutica de proteínas recombinantes con capacidad para mimetizar la actividad biológica de Wnt1. Para ello emplearemos el mismo modelo experimental de LM en el que hemos demostrado la eficacia terapéutica de Wnt1.
En segundo lugar, determinaremos el potencial beneficioso de combinar la administración de las proteínas recombinantes activadoras de la vía Wnt canónica propuestas con un hidrogel inyectable basado en recombinámeros de elastina (ELRs). La terapia combinada propuesta pretende promover un efecto neuroprotector prominente en la fase aguda, seguido de una restauración temprana de la barrera hematomedular (BHM) y una resolución de la respuesta inflamatoria en las primeras semanas post-lesión que, junto con la generación de una estructura de soporte por el hidrogel en el epicentro, esperamos genere un entorno promotor de la regeneración y recuperación funcional a largo plazo.