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Entrevista con el Dr. Paolo Bonifazi, Investigador Asociado Ikerbasque y miembro del grupo de Neuroimagen Computacional (IIS Biocruces Bizkaia) y la Dra. Soraya Martin-Suarez, Becaria Ramón y Cajal en el Centro Vasco de Neurociencia Achucarro. Red INDRE de ApoyoDravet.
"Investigaciones como la nuestra en la que demostramos que la neuroinflamación juega un papel importante en el desarrollo de la epilepsia contribuyen a ese cambio de paradigma tan necesario".
El grupo de investigación INDRE del Instituto de Investigación Sanitaria Biocruces Bizkaia trabaja para descubrir las claves sobre la neuroinflamación en epilepsia. Ahondando en su conocimiento se abren las puertas a nuevos tratamientos dirigidos a inhibirla y evitar que la enfermedad progrese.
Los investigadores publicaron resultados recientemente en la prestigiosa revista científica BRAIN (Oxford press). Para conocer al detalle el proyecto y sus líneas de investigación entrevistamos al Dr. Paolo Bonifazi y a la Dra. Soraya Martin-Suarez.
Prof. Jesus Cortes, Professor Ikerbasque y director del grupo de Neuroimagen Computacional ("IIS Biocruces Bizkaia" ); Dra. Soraya Martin-Suarez, Becaria Ramón y Cajal en el Centro Vasco de Neurociencia Achucarro, habiendo llevado a cabo la investigación publicada en BRAIN en el "IIS Biocruces Bizkaia" como becaria Juan De La Cierva (2020-2022); Dr. Paolo Bonifazi, Investigador Asociado Ikerbasque y miembro del grupo de Neuroimagen Computacional ( "IIS Biocruces Bizkaia" ).
En su grupo de investigación se aborda la epilepsia a través de un estudio del cerebro epiléptico, en su arquitectura y funcionamiento. ¿Cuál es su aproximación?
Paolo Bonifazi: Nosotros abordamos la epilepsia desde el punto de vista de las redes neuronales, donde combinamos mediciones multiescala (desde microcircuitos hasta redes cerebrales completas) y enfoques teóricos típicamente derivados de redes complejas (un campo de investigación que ha crecido exponencialmente en las últimas décadas).
¿Por qué esto? Porque la principal propiedad del cerebro es su organización estructural-funcional como una red. Así, las conductas disfuncionales que se generan en el cerebro, como es el caso de las actividades ictales (vinculadas a la epilepsia), deben estar correlacionadas de manera causal a una arquitectura patológica de los circuitos cerebrales. La sincronización, que es un patrón típico de actividad observado en el cerebro normal operativo, esta modificada en la actividad ictal, que presenta una sincronización aberrante. Es decir, las sincronizaciones son comportamientos típicos observados en las redes y nuestro objetivo es encontrar qué está mal en la arquitectura de los circuitos epilépticos y ver cómo podemos prevenir o revertir estas condiciones.
“Nuestro objetivo es encontrar qué está mal en la arquitectura de los circuitos epilépticos y ver cómo podemos prevenir o revertir estas condiciones”
Tal y como explica, hay una arquitectura patológica en los circuitos cerebrales correlacionada con la epilepsia. Cuando se producen las crisis epilépticas… ¿Se dan factores concomitantes?
B: La actividad cerebral anormal o aberrante que se observa en el cerebro epiléptico es un patrón patológico que hace que el cerebro sea disfuncional desde su aparición, posiblemente lesionándolo y dejando una firma o huella epiléptica. Esto significa que la aparición de actividades ictales, independientemente de su causa, puede por sí sola provocar lesiones y recuerdos en la red, haciendo que la propia red sea propensa a generar nuevas convulsiones.
¿Por qué es eso? Porque las convulsiones generan condiciones estructural-funcionales de redes pato-topológicas, donde con topología nos referimos a la arquitectura de los circuitos subyacentes. Las topologías patológicas funcionales son patrones epilépticos interictales, firmas impresas de un cerebro epiléptico. Las topologías patológicas estructurales son las condiciones del «terreno fértil” que permiten que ocurra una dinámica aberrante, y podrían estar relacionadas con desequilibrios en los circuitos excitadores-inhibidores (después de la muerte celular, por ejemplo, como mostramos en nuestro trabajo), o reorganizaciones sinápticas aberrantes.
Es decir, que la crisis epiléptica puede afectar negativamente a las redes cerebrales y por tanto se favorecen nuevas crisis. En su grupo estudian específicamente el fenómeno de la neuroinflamación que se produce en las crisis epilépticas… ¿Qué papel juega esta neuroinflamación?
Soraya Martin-Suarez: La neuroinflamación es un proceso que ocurre como respuesta al daño. Durante la epileptogenesis se producen un círculo vicioso en el que el mal funcionamiento de las neuronas genera un proceso inflamatorio (caracterizado por muerte celular, toxicidad, gliosis….) que repercute de manera negativa sobre las neuronas que las lleva a generar nuevas crisis, que a su vez genera más inflamación que de nuevo repercute en la salud de las neuronas…. Y así continuamente.
“No se estudian los sustratos biológicos que la generan. Por tanto, conocer y ampliar el campo de actuación sobre el que generar nuevas vías de tratamiento es esencial”
En una reciente publicación del grupo en la prestigiosa revista científica BRAIN (Oxford press) se mostraron resultados sobre el impacto del bloqueo de la respuesta neuroinflamatoria, ¿cuál podría ser su trascendencia?
M: Como hemos explicado anteriormente en la epilepsia se genera un circulo vicioso en el que la inflamación juega un papel muy importante en la generación y perpetuación de más crisis epilépticas.
Actualmente la mayoría de los tratamientos se centran en paliar los síntomas derivados de la epilepsia, pero no se estudian los sustratos biológicos que la generan. Por tanto, conocer y ampliar el campo de actuación sobre el que generar nuevas vías de tratamiento es esencial para poder avanzar en el entendimiento y tratamiento de la epilepsia.
¿Se podría inhibir de alguna manera esta respuesta neuroinflamatoria en el cerebro para mejorar la evolución del paciente o incluso para prevenir la epilepsia?
M: Prevenir actualmente es una palabra muy grande, ya que prevenir implicar conocer de antemano que la persona va a sufrir epilepsia, y eso al igual que en otras enfermedades es muy complicado, por ejemplo no podemos prevenir tener una gripe. Sin embargo, lo que sí podemos hacer es actuar sobre esos primeros momentos para evitar que la epilepsia continúe.
Nuestra investigación está centrada en esos primeros momentos, hemos estudiado el efecto sobre la génesis de la epilepsia para así evitar que la enfermedad progrese. Concretamente hemos visto que actuar sobre la inflamación en esos primeros momentos previene la generación de patrones epilépticos. Lo que nos ha mostrado el estudio es que ese es un punto importante sobre el que actuar y trabajar.
“Creo que investigaciones como la nuestra en la que demostramos que la neuroinflamación juega un papel importante en el desarrollo de la epilepsia contribuyen a ese cambio de paradigma tan necesario”
¿Cómo podrían ser los nuevos tratamientos dirigidos a inhibir esa respuesta neuroinflamatoria?
B: Los antiinflamatorios sistémicos son utilizados diariamente por la población, con efecto limitado en el cerebro debido a la presencia de la barrera hematoencefálica. Desarrollar fármacos antiinflamatorios específicos del cerebro capaces de afectar vías como el STAT3 es un desafío clave para el futuro.
Los tratamientos convencionales para la epilepsia van dirigidos a las disfunciones neuronales que se producen en el cerebro, ¿es así?
M: Efectivamente la mayoría de los tratamientos son neurocentricos, es decir, están centrados en las neuronas, pero el cerebro es mucho más que neuronas.
En el cerebro podemos encontrar diferentes tipos celulares con funciones muy especificas y necesarias para el correcto funcionamiento de las redes neuronales. Por tanto si solo nos centramos en el funcionamiento de las neuronas pero omitimos por completo el ambiente que las rodea al final termina siendo insuficiente.
¿Qué implicación podrían tener sus investigaciones en su grupo de trabajo para el tratamiento de las epilepsias refractarias como el síndrome de Dravet y otras muchas que no responden bien a tratamientos convencionales para la epilepsia?
M: Esta pregunta es muy interesante ya que la situación actual real es que un porcentaje muy alto de las personas con epilepsia no responden a los tratamientos convencionales, y además muchas veces las personas con epilepsia tienen que ir saltando de un tratamiento a otro para poder controlar el progreso de la enfermedad.
Eso nos está diciendo que la manera en la que nos estamos enfrentando a la epilepsia es insuficiente para muchas personas y eso no puede ser.
Nuestra visión es que el tratamiento tiene que ser multifocal, es decir, no solo actuar sobre las neuronas sino mirar más allá. Cada vez son más los estudios que están demostrando que tratamientos menos convencionales como los cannabinoides, o incluso controlar los alimentos en la dieta pueden ser efectivos en el control de la epilepsia.
Creo que investigaciones como la nuestra en la que demostramos que la neuroinflamación juega un papel importante en el desarrollo de la epilepsia contribuyen a ese cambio de paradigma tan necesario.
¿Cuáles son los sus próximos pasos? ¿Hacia dónde van sus investigaciones?
M: Nuestro trabajo es el primer paso de muchos, este estudio mencionado se ha llevado a cabo en un modelo experimental de epilepsia in vitro. Lo siguiente será trasladar esta investigación a un nivel de complejidad mayor como es el cerebro completo. Que de hecho es en lo que se está trabajando actualmente.
“Nuestro objetivo es profundizar más en el círculo generado entre las neuronas GABA, las respuestas neuroinflamatorias y la epilepsia”
¿Cuáles son sus propuestas de discusión científica en este ámbito?
B: Para nosotros es importante saber qué tipo de las células GABAérgicas conduce a la epilepsia, es decir cuáles son las células GABAergicas que se ven afectadas.
Hace más de 15 años, se descubrieron neuronas centrales GABAérgicas en el cerebro en desarrollo y mostraban patrones de conectividad funcional estructural raros y únicos capaces de afectar la sincronización de los circuitos. ¿Están realmente implicadas en la epilepsia la disfunción o el agotamiento de las neuronas centrales? Actualmente estamos trabajando en esta cuestión.
Además, tenemos evidencia computacional y genética de que STAT4, que forma parte del grupo de señalización JAK/STAT como STAT3, está implicado en la epilepsia. Ahora mismo estamos trabajando en nuevos estudios basados en circuitos epilépticos humanos derivados de pacientes sometidos a neurocirugía o de células pluripotentes inducidas por humanos, para probar también el impacto del STAT4. Por tanto, nuestro objetivo es profundizar más en el círculo generado entre las neuronas GABA, las respuestas neuroinflamatorias y la epilepsia.
¿En qué momento se encuentra la investigación en epilepsia?
M: Creemos que estamos entrando en un cambio de paradigma respecto al estudio y entendimiento de la epilepsia. Hemos sacado el foco de las neuronas para centrarlo en todo el ambiente que las rodea, creemos que esto es algo muy positivo para entender algo tan complejo como es la epilepsia.
¿Cómo es su colaboración con otros centros de investigación o líneas de investigación?
M: Actualmente la primera autora del trabajo se encuentra trabajando en otro centro de investigación (Achucarro Basque Center for Neuroscience), por lo que derivado de este trabajo hemos consolidado una línea de investigación que, por supuesto, está basada en una estrecha colaboración entre investigadores y centros de investigación, en este caso concreto BioBizkaia y Achucarro Basque Center for Neuroscience.
“La red INDRE de ApoyoDravet nos apoyó financiando nuestro proyecto y eso nos permitió comenzar a probar nuestra hipótesis”
¿Qué papel juega la red INDRE, iniciativa de ApoyoDravet?
B: La red INDRE nos apoyó financiando nuestro proyecto y eso nos permitió comenzar a probar nuestra hipótesis. En primer lugar, nos dio pie a poder disponer de un modelo animal adecuado de epilepsia (modelo de ratón DRAVET). El segundo INDRE proporcionó un sólido apoyo administrativo para nuestras solicitudes. En tercer lugar, el INDRE creó una red de investigadores dispuestos a unir esfuerzos intelectuales y de investigación para abordar la epilepsia. Volvemos al papel clave de las redes, la ciencia y el networking es el punto para hacer avanzar el conocimiento.
La estrategia es actuar indirectamente bloqueando selectivamente isoformas específicas de los canales de sodio, sin alterar la conducción de canales que, por la propia patología, exhiben pérdida de función, como ocurre, en el síndrome de Dravet, con SCN1A. Esta aproximación ya se ha aplicado recientemente, con resultados alentadores, para el tratamiento de otras canalopatías.
Exactamente, utilizamos una combinación de machine learning y lo que llamamos “modelos basados en la estructura”. Es decir, modelamos la estructura de los blancos farmacológicos de interés (por ejemplo, SCN2A, SCN1A), y simulamos la interacción de potenciales nuevos fármacos con esas moléculas.
Reportamos un conjunto de modelos computacionales que, aplicados de manera combinada, serían capaces de identificar compuestos químicos capaces de bloquear los canales de sodio Nav1.2 o Nav1.6, sin producir efectos sobre Nav1.1.
Estamos buscando, entonces, bloqueantes selectivos hacia Nav1.2 o Nav1.6 que no sean capaces de bloquear la isoforma del canal que habitualmente exhibe pérdida de funcionalidad en los pacientes Dravet (por mutaciones en el gen SCN1A).
Nuestra hipótesis es que, si conseguimos esa selectividad mencionada, seremos capaces de controlar las crisis en pacientes Dravet, al contrario de lo que ocurre con bloqueantes no selectivos de canales de sodio, tales como la fenitoína, que están contraindicados en Dravet; ya que exacerban las crisis.
En resumen, nuestra aproximación es buscar fármacos específicos para este tipo de epilepsia inhibiendo otros canales de sodio que no son el afectado en la enfermedad. Debido a la similitud entre las distintas isoformas, es un procedimiento complejo y desafiante.
El síndrome de Dravet es una patología que afecta al canal de sodio Nav1.1, de relevancia en interneuronas inhibitorias. Hay otras epilepsias asociadas a mutaciones de otros canales de sodio, como el Nav1.6, que en lugar de condicionar procesos inhibitorios (como sucede en las mutaciones más habituales del síndrome de Dravet) aumentan los procesos excitatorios (por ejemplo, Encefalopatias epilépticas SCN8A; el gen SNC8A codifica la subunidad alfa del canal Nav1.6). De modo que nuestra estrategia podría servir, por un lado, para tratar el síndrome de Dravet, pero también para abordar la terapia de ese otro tipo de encefalopatías en el que hay ganancia funcional en Nav1.2 o Nav1.6.
Para el LIDeB esta publicación es especial por varios motivos. Nuestro laboratorio tiene por línea de investigación histórica la búsqueda de nuevos compuestos químicos anticonvulsivantes con potencial en el tratamiento de epilepsias, pero esta es la primera vez que publicamos un aporte específico para el síndrome de Dravet.
A partir de nuestra vinculación con ApoyoDravet y de nuestra incorporación a INDRE, empezamos a enfocar nuestros esfuerzos en Dravet, contando para ello con el apoyo de ApoyoDravet, por un lado, y de la Agencia Nacional de Promoción de la Investigación, el Desarrollo Tecnológico y la Innovación, aquí en Argentina. Esta es la primera publicación de Maximiliano Fallico, uno de los estudiantes de doctorado de nuestro grupo, que está desarrollando la primera tesis de doctorado del LIDeB orientada enteramente a Dravet, con proyecto de tesis denominado "Búsqueda de nuevos compuestos anticonvulsivos para el tratamiento del síndrome de Dravet”.
También es la primera publicación del proyecto "Búsqueda asistida por computadora, evaluación in vitro e in vivo de nuevos agentes terapéuticos específicos para el tratamiento del síndrome de Dravet", que desde el 2020 financia nuestra agencia nacional de investigación. De modo que estamos celebrando que, después de ya unos pocos años de investigación dirigida a Dravet, empezamos a tener los primeros resultados concretos en esta línea de trabajo.
Ahora mismo tres de los candidatos seleccionados mediante nuestros modelos están siendo ensayados in vitro, utilizando la técnica patch clamp, por nuestros colaboradores del Instituto de Estudios Inmunológicos y Fisiopatológicos. Los resultados preliminares confirman que el primero de estos compuestos tiene capacidad bloqueante sobre Nav1.2, restándose evaluar si esta capacidad de bloqueo es específica para esa isoforma. Luego, a partir de estos primeros resultados experimentales, decidiremos si corresponde aplicar técnicas de optimización molecular para aumentar la potencia del o de los candidato(s) activo(s) o incrementar su especificidad. En cualquier caso, de tener resultados satisfactorios in vitro, estaremos en condiciones de que tales compuestos empiecen a ser evaluados en modelos animales del síndrome de Dravet disponibles en la red INDRE.
Como siempre, desde el LIDeB agradecemos a AD y a nuestras instituciones locales UNLP, CONICET, y Agencia I+D+i, por confiar en nosotros y brindarnos el apoyo material para llevar adelante nuestro trabajo.
Entrevista por Juan Antonio Ibáñez.