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Conocé a la Dra. Megan McCain: una brillante y joven investigadora dedicada a descubrir nuevas terapias para la ELA

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La Dra. Megan McCain, profesora asistente de Ingeniería Biomédica y Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa en la Universidad del Sur de California (USC), investigadora de ELA se dedica a descubrir nuevas terapias potenciales para la ELA y a comprender mejor los mecanismos de la enfermedad utilizando una herramienta única e innovadora llamada "Skeletal Muscle on a Chip".

 

La Dra. McCain recientemente nos contó más sobre su importante trabajo y nos permitió conocer a la persona que está detrás del laboratorio.

Como investigador de ELA, ¿qué te inspira?

Me inspira mucho la idea de que nuestras tecnologías podrían ayudar a desarrollar terapias personalizadas para ELA. Las enfermedades como la ELA, que son relativamente poco frecuentes y pueden variar significativamente de un paciente a otro, han sido muy difíciles de estudiar con eficacia utilizando enfoques convencionales, como los modelos de ratón.

Nuestros dispositivos diseñados para "Músculo esquelético en un chip", combinados con células derivadas de pacientes, tienen un potencial único para revelar nuevos conocimientos sobre los mecanismos de las diferentes formas de ELA. Nuestros dispositivos también pueden servir como plataformas para descubrir nuevos medicamentos para un paciente específico o categoría de pacientes, lo que puede tener un gran impacto en muchos pacientes y sus familias.

Espero algún día ver nuestras plataformas utilizadas para ayudar a desarrollar curas personalizadas para los pacientes que sufren de ELA y otras enfermedades musculares.

¿Cuál es su formación académica y posición actual?

Recibí mi B.S. en ingeniería biomédica de la Universidad de Washington en 2006 y mi Ph.D. en ciencias de la ingeniería de la Universidad de Harvard en 2012. Luego hice un postdoctorado en el Instituto Wyss para Ingeniería Biológica Inspirada. En 2014, comencé mi puesto actual como profesor asistente de Ingeniería Biomédica y Biología de Células Madre y Medicina Regenerativa en la USC.

¿Por qué elegiste unirte a la investigación de la ELA?

Mi interés en la ELA comenzó hablando con otro miembro de la facultad de USC, Justin Ichida. En su laboratorio, generan neuronas motoras utilizando células derivadas de pacientes con ELA y usan las neuronas motoras para comprender cómo progresa la enfermedad dentro de las neuronas.

Sin embargo, una función principal de estas neuronas es formar conexiones con el músculo esquelético y activar su contracción, y su laboratorio no tenía un método robusto para diseñar el músculo esquelético o medir la cantidad de contracción muscular.

Nuestra plataforma "Músculo esquelético en un chip" puede abordar estas necesidades, por lo que iniciamos una colaboración, que comenzó la investigación de mi laboratorio en el campo de la ELA

¿Cuál es el trasfondo de su proyecto de investigación?

Mi laboratorio de investigación se centra en la ingeniería de plataformas "Organ on Chip". "Órganos en fichas" son dispositivos que microfabricamos para imitar de cerca el entorno natural que las células experimentan en nuestros cuerpos. Luego cultivamos células humanas (de personas con ELA, si es posible) en estos dispositivos, que forman tejidos en miniatura que podemos estudiar de forma reproducible en el laboratorio.

Por ejemplo, en vez de cultivar células cardíacas al azar en un plato de plástico, las cultivamos en hidrogeles blandos que micromoldamos con carriles finos. Los carriles micromoldeados hacen que las células del corazón se alineen (que es cómo se organizan en nuestro cuerpo) y el hidrogel blando coincide con las propiedades mecánicas del corazón nativo.

Como resultado, nuestros tejidos musculares diseñados son más reproducibles y estables en la cultura. Es importante destacar que nuestros dispositivos "Músculo esquelético en un chip" nos permiten diseñar y medir la función de los tejidos musculares humanos específicos del paciente en respuesta a perturbaciones relevantes para la enfermedad, como mutaciones genéticas específicas o fármacos, que es muy potente para el descubrimiento de fármacos y Medicina personalizada.

Músculo esquelético en una ficha: los mioblastos de pollo se diseñaron para formar fibras musculares esqueléticas alineadas mediante el cultivo en hidrogeles de gelatina micromoldeados. El rojo indica sarcómeros, los filamentos contráctiles en el músculo esquelético. Azul indica núcleos celulares. (Imagen cortesía de Jeffrey Santoso y Megan McCain)

Como aprendiz, mi investigación se relacionó principalmente con el corazón. Cuando comencé mi propio laboratorio en 2014, quería continuar investigando sobre el corazón, pero también expandirme en nuevas direcciones.

Debido a que el corazón y el músculo esquelético tienen muchas similitudes en su estructura y función, mi laboratorio comenzó a traducir muchos de nuestros dispositivos "Corazón en un chip" para diseñar nuevos dispositivos de "Músculo esquelético en un chip".

Una aplicación que nos entusiasma es usar nuestros dispositivos "Músculo esquelético en un chip" para modelar enfermedades que necesitan un enfoque personalizado para el desarrollo de fármacos, debido a la gran cantidad de variabilidad genética que se observa en los pacientes, como ELA.

Contanos sobre tu emocionante proyecto de investigación.

El músculo esquelético es responsable de todos nuestros movimientos y contratos corporales voluntarios cuando se activan por las neuronas motoras, que transmiten señales desde el cerebro. En la ELA, las conexiones entre las neuronas motoras y el músculo esquelético, conocidas como uniones neuromusculares, se degeneran.

Para estudiar la ELA hoy, los investigadores utilizan comúnmente modelos animales, como ratones, que tienen una relevancia limitada para las formas humanas de la enfermedad, son costosos y de bajo rendimiento. Para superar las limitaciones de los modelos animales, el objetivo de mi laboratorio es diseñar plataformas humanas de "Músculo esquelético en un chip" para integrarlas con neuronas motoras derivadas de pacientes con ELA.

En primer lugar, optimizaremos una plataforma que pueda mantener el músculo esquelético diseñado en el laboratorio durante al menos tres semanas y nos permita medir la fuerza contráctil del músculo. A continuación, agregaremos neuronas motoras humanas derivadas de pacientes con ELA a los tejidos del músculo esquelético, que serán proporcionadas por nuestro colaborador, el profesor Justin Ichida.

Anticipamos que las neuronas motoras formarán uniones neuromusculares con el músculo, como lo hacen en el cuerpo. Para evaluar la salud de estas uniones, mediremos la contracción muscular en respuesta a la activación de neuronas.

En última instancia, nosotros y otros podemos utilizar esto como una nueva plataforma para comprender la progresión de la ELA humana y los medicamentos de pantalla de manera más efectiva y eficiente en comparación con los modelos animales existentes. Es importante destacar que, debido a que podemos utilizar células de pacientes con ELA, nuestra plataforma también podría permitir a los investigadores desarrollar curas para ELA de forma paciente por paciente.

¿Cuál es el impacto general de su investigación de la ELA y cómo puede conducir a posibles tratamientos?

Nuestras plataformas nos permitirán a nosotros y a otros evaluar directamente si las terapias prometedoras pueden recuperar la función de los tejidos neuromusculares modificados con mutaciones relevantes para ELA. Se trata de datos preclínicos importantes que podrían ayudar a acelerar el desarrollo de curas para la ELA.

Debido a que podemos adquirir células de pacientes, algún día podremos realizar estos experimentos paciente por paciente y desarrollar estrategias de tratamiento personalizadas. Este enfoque personalizado es fundamental para ELA, porque se han observado muchos tipos diferentes de mutaciones genéticas en pacientes.

Por lo tanto, podemos ayudar a identificar la mejor estrategia de tratamiento para un paciente con ELA que dependa de la mutación [de esa persona].