Reparación neural y biomateriales

Reparación neural y biomateriales

 

Investigador principal: Dr. Jorge E. Collazos Castro

E-mail: jcollazos@sescam.org
 

Nuestro objetivo es desarrollar un tratamiento efectivo para la lesión medular humana. Parte de nuestro esfuerzo se ha dirigido a poner a punto modelos de lesión medular y sistemas de evaluación funcional que nos permitan comprender la fisiopatología de las lesiones y el efecto de las diferentes terapias experimentales. Para tal fin utilizamos roedores y cerdos. Adicionalmente, nuestras investigaciones en relación con el crecimiento neural y los materiales electroactivos nos han permitido avanzar en el diseño de sistemas bio-eléctricos que pueden implantarse en la médula espinal para promover la recuperación de las funciones perdidas.

 

Caracterizamos los trastornos y estrategias adaptativas para la locomoción en roedores con hemisección cervical (López-Dolado et al., J Neurotrauma 2013), contusión cervical (Collazos-Castro et al., J Neurotrauma 2005), contusión torácica (Collazos-Castro et al., J Neurotrauma 2006), y transección torácica (Alves-Sampaio et al., Biomaterials 2016). Los datos biomecánicos y electrofisiológicos se analizan a la luz de los recursos neurales que posee el animal, estudiados mediante trazadores neurales y otras técnicas neuroanatómicas (Collazos-Castro et al., J Neurotrauma 2005; Lucas-Osma y Collazos-Castro, J Comp Neurol 2009; López-Dolado et al., J Neurotrauma 2013), de manera que se obtiene una correlación fidedigna entre anatomía, fisiología y comportamiento. En 2015 comenzamos a estudiar la recuperación funcional en cerdos con hemisección medular cervical. Este modelo porcino nos proporciona datos de gran valor preclínico y nos permitirá conocer mejor el efecto de los tratamientos, las dosis apropiadas y los mejores diseños de los implantes con miras a estudios clínicos en humanos.

 

Tras investigar diferentes óxidos electroactivos como interfaz para el crecimiento neural (Collazos-Castro et al., Thin Solid Films 2009; Carballo-Vila et al., J Biomed Mater Res A 2009; Cruz et al., J Phys Chem C 2012), encontramos que los polímeros conductores basados en PEDOT ofrecen mejores posibilidades para el diseño de dispositivos implantables en el sistema nervioso. Mediante nuevos esquemas de biofuncionalización del polímero conseguimos el crecimiento selectivo de neuronas o células gliales e hicimos posible la modulación dinámica de las respuestas celulares (Collazos-Castro et al., Biomaterials 2010). Estas investigaciones nos llevaron a proponer el uso de microfibras funcionalizadas para la estimulación y reparación del sistema nervioso. Las microfibras sirven como electrodo ultrasensible para registrar o modular la actividad neuronal, o bien como soporte, estímulo y guía para la células neurales en regeneración (Collazos-Castro et al., Biomaterials 2013, patente PCT/ES2013/070879; Vara et al., ACS Appl Mater Interfaces 2015; Alves-Sampaio et al., Biomaterials 2016). Una aportación que consideramos muy valiosa es la posibilidad de que las microfibras estimulen directamente el crecimiento axonal (Collazos-Castro et al., Biomaterials 2013), o bien induzcan la proliferación y migración de progenitores gliales, que a su vez inducen la extensión de los axones (Collazos-Castro et al., Acta Biomater 2016).

 

Recientemente demostramos que las microfibras también promueven la reparación tisular al implantarse en las zonas de lesión medular en rata (Alves-Sampaio et al., Biomaterials 2016). Estamos diseñando distintos métodos para interconectar las microfibras y aplicar protocolos de estimulación eléctrica a través de ellas con el fin de potenciar la regeneración axonal y facilitar el restablecimiento de sinapsis. Para iniciar esta compleja línea de investigación, el I.P. del grupo coordinó entre los años 2006-2009 el proyecto Europeo NERBIOS, investigando distintos materiales conductores y su interacción con las células neurales, en colaboración con centros de España (CSIC y UCLM), Reino Unido, Grecia y Portugal. Ahora que disponemos de microfibras funcionalizadas, hemos obtenido financiación para coordinar un nuevo proyecto Europeo denominado NEUROFIBRES y que se desarrollará desde 2017 hasta finales de 2020. El objetivo del proyecto es refinar las propiedades eléctricas, mecánicas y bioquímicas de las microfibras, así como desarrollar un sistema avanzado para su interconexión eléctrica. Evaluaremos la efectividad de las microfibras y la microestimulación para tratar la lesión medular en ratas y cerdos, abriendo las puertas al diseño de un dispositivo electrobiológico implantable en humanos. En esta ocasión, el equipo investigador lo forman, además de nuestro laboratorio, instituciones de Francia, Reino Unido, Italia, Alemania y Suecia.

 

 

Publicaciones seleccionadas

 

Alves-Sampaio A, García-Rama C, and Collazos-Castro JE (2016) Biofunctionalized PEDOT-coated microfibers for the treatment of spinal cord injury. Biomaterials 89:98–113. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2016.02.037.         I.F. 8.557

 

Collazos-Castro JE, García-Rama C, Alves-Sampaio A (2016) Glial progenitor cell migration promotes CNS axon growth on functionalized electroconducting microfibers. Acta Biomater. 35:42-56. DOI: 10.1016/j.actbio.2016.02.023.       I.F. 6.025

 

Vara H, and Collazos-Castro JE (2015) Biofunctionalized conducting polymer / carbon microfiber electrodes for ultrasensitive neural recordings. ACS Appl Mater Interfaces. 7:27016-27026. DOI: 10.1021/acsami.5b09594.   I.F. 6.723

 

Collazos-Castro JE, Hernández-Labrado G, Polo JL, García-Rama C (2013) N-Cadherin and L1-functionalised conducting polymers for synergistic stimulation and guidance of neural cell growth. Biomaterials 34: 3603 - 3617.  I.F: 8.312

 

López-Dolado E, Lucas-Osma A and Collazos-Castro JE (2013) Dynamic motor compensations with permanent, focal loss of forelimb force after cervical spinal cord injury. J Neurotrauma 30: 191-210.       I.F: 3.968

 

Hernandez-Labrado GR, Polo JL, López-Dolado E and Collazos-Castro JE (2011) Spinal cord direct current stimulation: finite element analysis of the electric field and current density. Med. Biol. Eng. Comput. 49: 417 – 429.           I.F: 1.878

 

Collazos-Castro JE, Polo JL, Hernández-Labrado G, Padial-Cañete V, García-Rama C (2010) Bioelectrochemical Control of Neural Cell Development on Conducting Polymers. Biomaterials 31: 9244 – 9255.           I.F: 7.882

 

 

Patentes

 

TÍTULO: Materiales, métodos y dispositivos para estimular y dirigir la proliferación y migración de progenitores neurales y el crecimiento axonal y dendrítico
INVENTORES: Jorge Eduardo Collazos Castro, José Luis Polo Sanz, Gabriel Raúl Hernández Labrado, Concepción García Rama Pacheco

Nº DE SOLICITUD: P201231969. PAIS DE PRIORIDAD: España

FECHA DE PRIORIDAD: 19 de diciembre de 2012.
ENTIDAD TITULAR: Fundación del Hospital Nacional de Parapléjicos para la Investigación; Universidad de Castilla La Mancha

 

 

Personal

 

Jorge E. Collazos Castro: Jefe del grupo; Licenciado en Medicina, Doctor en Neurociencias.

 

Hugo Vara Rivera: Investigador Postdoctoral; Licenciado en Biología, Doctor en Neurociencias.

 

Alexandra Manuela Alves Sampaio: Investigadora Postdoctoral; Licenciada en Biología, Doctora en Biología Molecular.

 

Gemma Riquelme Alacid: Investigadora Predoctoral; Licenciada en Genética, Máster en Neurociencias.

 

Patricia del Cerro de Pablo: Investigadora Predoctoral; Licenciada en Biología, Máster en Neurociencias.

 

Concepción García Rama Pacheco: Técnico de laboratorio.

 

Alejandro Badajoz Barbero: Técnico de laboratorio.

 

Inés Pascual García-Núñez: Técnico de laboratorio.

 

 

Proyectos en curso

 

NEUROFIBRES: Biofunctionalised Electroconducting Microfibres for the Treatment of Spinal Cord Injury.

Sponsor: European Commission, FET-Proactive, Contract Nº 732344.

European Coordinator: Jorge E. Collazos Castro, Hospital Nacional de Parapléjicos.

Partners: SESCAM (Spain), University of Cambridge (UK), AXON'Cable SAS (France), University of Trento (Italy), Aix-Marseille University (France), Royal Institute of Technology (Sweden), University of Saarland (Germany).

Period: 01/2017 - 12/2020.

www.neurofibres.eu

 

Electroconducting microfibers as a multifunctional tool for repairing the spinal cord.

Sponsor: Ministerio de Economía y Competitividad, Spain. SAF2015-65236R

Principal Investigator: Jorge E. Collazos Castro, Hospital Nacional de Parapléjicos.

Period: 2016-2018.

 

Sponsor: Fundación Mutua Madrileña, Spain

Principal Investigator: Jorge E. Collazos Castro, Hospital Nacional de Parapléjicos.

Period: 2015-2017