Mecanismos de Fotopercepción No-Visual y Control Circadiano en la Retina Interna de Vertebrados en Condiciones Fisiológicas y en un Modelo Animal de Ceguera. Mechanisms of Non-visual Perception and Circadian Control in the Vertebrate Inner Retina under Physiological Conditions and in Animal Model of Blindness.

La retina juega un rol esencial en el funcionamiento del sistema circadiano de los vertebrados al ser la encargada de sensar las condiciones de iluminación ambiental que ajustan el reloj interno con el fotoperíodo exterior a través de un circuito no-visual. Este circuito es independiente de la vía de formación de imágenes e involucra a las células ganglionares retinianas (CGRs) que proyectan a varias estructuras no-visuales del cerebro; esta vía es la encargada de regular el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de actividad, el sueño y la supresión de melatonina pineal. La retina contiene además un reloj autónomo que genera ritmos diarios autosostenidos en distintas funciones bioquímicas y fisiológicas, que le confiere la capacidad de predecir el tiempo y anticiparse en su fisiología a los cambios lumínicos a lo largo del ciclo día-noche. Este laboratorio ha demostrado por 1ra vez que las CGRs de pollo poseen osciladores endógenos que generan variaciones diarias en la biosíntesis de fosfolípidos (Guido et al, J Neurochem. 2001; Garbarino et al., J Neurosci Res. 2004a) y de la hormona melatonina con niveles máximos durante el día (Garbarino et al., J Biol Chem 2004b). Aún más, cultivos primarios de CGRs responden a la luz a través de una cascada bioquímica de fototransducción similar a la de invertebrados y que involucra la activación de la enzima fosfolipasa C (PLC) (Contin et al., FASEB J 2006). Estos cultivos fueron obtenidos a estadios embrionarios muy tempranos en dónde solo las CGRs son postmitóticas y mayoritariamente maduras. A estos estadios, los cultivos expresan marcadores de especificación de células ganglionares (pax6, brn3), la proteina Gq y los fotopigmentos melanopsina y criptocromos con gran homología con marcadores descriptos para fotorreceptores rabdoméricos de invertebrados (Contin et al, 2006). Recientemente comenzamos a investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*, un modelo de ceguera, en animales que carecen de células fotorreceptoras-conos y bastones-funcionales. Resultados preliminares indicarían que la retina interna, y potencialmente las CGRs de estos animales conservarían la capacidad de responder a la luz regulando el reflejo pupilar y sincronizando los ritmos diarios de alimentación. La convergencia de osciladores y fotopigmentos en la población de CGRs podría contribuir al control temporal de la fisiología del organismo y regulación de funciones no-visuales. Son objetivos de este proyecto: a) Investigar el rol de las CGRs en el sistema circadiano estudiando: i- su habilidad para sintetizar melatonina y, su regulación por luz y dopamina; ii- su capacidad fotorreceptora intrínseca, investigando la presencia de fotopigmentos y componentes de la cascada de fototransducción fundamentalmente la vía de los fosfoinosítidos y la activación de PLC, mediante ensayos moleculares, bioquímicos y farmacológicos; b) Extender estos estudios a cultivos primarios de CGRs inmunopurificadas midiendo la respuesta a la luz sobre la síntesis de melatonina, y los niveles de los mensajeros 2rios Ca2+ y AMP cíclico, la inducción de genes tempranos y la regulación de la actividad NAT, enzima clave en la síntesis de melatonina; y c) Investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*(ciegos), sobre distintas funciones no-visuales tales como el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de alimentación, la síntesis de melatonina y la expresión génica en animales expuestos a estimulación lumínica de distintas intensidades y longitudes de onda. Estos estudios permitirán construir el espectro de acción de la respuesta a la luz en los pollos ciegos a fin de identificar el/los fotopigmentos intervinientes en este fenómeno. Este proyecto profundizará el conocimiento sobre la capacidad fotorreceptora-no visual de la retina interna y particularmente de las CGRs, de la naturaleza de la cascada bioquímica que opera en las mismas y de los mecanismos de regeneración del cromóforo utilizado.

Estudios in vitro e in vivo de agentes fotosensibilizadores y su aplicación en terapia fotodinámica. In vitro and in vivo studies of photosensitizer agents and its application in photodynamic therapy.

Muchos esfuerzos se están realizando en el diseño de nuevos métodos para la eliminación de las células tumorales y así inhibir el crecimiento neoplásico. Entre los métodos no convencionales se encuentran la Terapia Fotodinámica.La Terapia Fotodinámica (TFD) es un tratamiento experimental de algunos tipos de cáncer, basado en el efecto citotóxico inducido en el tejido tumoral, por la acción combinada de una droga (fotosensibilizador) y la luz visible. El fotosensibilizador posee la propiedad de absorber la luz y reaccionar con el oxígeno molecular, produciendo una forma activa del oxígeno: el oxígeno singlete (1O2) que oxida diversas moléculas biológicas, induciendo un efecto citotóxico que se traduce en la regresión tumoral. Los nuevos avances en la dosimetría de la luz, así como la búsqueda de una segunda generación de nuevos fotosensibilizadores más eficaces que los actualmente utilizados, han permitido incluir protocolos de Terapia Fotodinámica en numerosos centros hospitalarios principalmente para el tratamiento de cánceres de pulmón, vejiga, esófago y piel. Plantas fototóxicas, sus metabolitos fotosensibilizantes y sus posibles usos; En general, dentro de las especies vegetales tóxicas existen aquellas denominadas plantas alergénicas, que son las que pueden producir sus efectos indeseables por vía dérmica. También existen aquellas que pueden producir efectos tóxicos por vía sistémica. Sin embargo, coexiste en la naturaleza otro grupo de plantas tóxicas que desencadenan sus efectos nocivos bajo la acción de la luz, por lo que son llamadas plantas fototóxicas, cuyos principios activos son comúnmente denominados agentes fotosensibilizantes La apoptosis como blanco terapéutico contra el cáncer: Los conocimientos moleculares sobre la apoptosis adquiridos en los últimos años están siendo aplicados al desarrollo de nuevos fármacos que puedan modular selectivamente las señales involucradas en la muerte de las células. Una de las razones que justifica el interés en el estudio de este tipo de moléculas, es que una de las características más tempranas en la transformación de la células neoplásicas esta relacionada con la incapacidad de responder a los estímulos de muerte. Esto lleva a una desregulación del proceso de apoptosis desencadenando una proliferación descontrolada. Los otros eventos que desencadenan el cáncer son, la invasión vascular y la metástasis a distanciaLa adquisición de resistencia a los efectos citotóxicos de los tratamientos anticancerígenos ha emergido como un significante impedimento para el efectivo tratamiento de la enfermedad. Por ello, en el presente proyecto se investigará si la adquisición de resistencia a TFD inducida en la línea celular estudiada es conferida por el aumento de la proteína MDRP1 a través de la vía de señalización PI3K/Akt. Además, se estudiará la correlación entre la posible resistencia a drogas y la inducción de apoptosis, analizando los mecanismos involucrados. Los resultados obtenidos contribuirán a dilucidar y entender los mecanismos moleculares implicados en la resistencia y sensibilidad tumoral a la TFD, y de esta manera mejorar la eficacia de dicha terapia antitumoral para sensibilizar a las células a la apoptosis. OBJETIVOS Estudiar el efecto de agentes fotosensibilizadores de origen sintético (ftalocianinas), comercialmente ya aprobadas por la FDA (Me-ALA), de origen natural (antraquinonas), y obtenidas en procesos nanotecnologicos (nanofibras) respecto a su capacidad de inducir la muerte celular en sistemas experimentales in vivo, para el desarrollo de nuevas drogas de aplicación en Terapia Fotodinámica (PDT). Estudiar las señales de apoptosis que se desencadenan, combinando la PDT con iRNA (antisurvivina) con la finalidad de aumentar la eficiencia de la muerte tumoral. Estudiar los mecanismos de resistencia a la Terapia Fotodinámica en carcinoma de células escamosas con fotosensibilizadores permitidos (Me-ALA).

EFECTO DE LA TERAPIA FOTODINAMICA SOBRE EL MICROAMBIENTE TUMORAL COMO ESTRATEGIA ANTINEOPLASICA: VALORACION DE LA RESPUESTA INTEGRAL EN MODELOS DE CULTIVO TRIDIMENSIONAL.

El carcinoma colorrectal es una de las neoplasias más comunes y es la segunda causa de muerte por cáncer luego del cáncer de pulmón. La principal causa de muerte de los individuos que padecen esta enfermedad es la metástasis hepática. La angiogénesis está asociada con la progresión y metástasis de dicho cáncer, afectando la supervivencia del paciente, y ocasionando la mayoría de las muertes. El crecimiento de nuevos vasos sanguíneos en relación al crecimiento tumoral, es un proceso complejo. En 1971, Judat Folkman postuló la hipótesis: “el crecimiento tumoral es angiogénesis dependiente y que la inhibición de la angiogénesis podría ser terapéutica”. La Terapia fotodinámica es una modalidad terapéutica que utiliza compuestos fotosensibilizadores (FSs) que se acumulan en tejidos tumorales y una vez excitados por la luz actúan mediante 3 mecanismos principales: muerte directa de la célula tumoral; daño de la vasculatura tumoral; y respuesta inmunológica. La inhibición del proceso angiogénico presenta claras ventajas debido a la casi inexistencia, en individuos adultos, de neovascularización en condiciones fisiológicas normales. El desarrollo de ambientes celulares de arquitectura tridimensional es clave para simular las condiciones que gobiernan en el microambiente tumoral ya que las interacciones célula - célula juegan un papel clave en eventos fisiológicos tal como la angiogénesis. Por lo tanto, postulamos que el impacto de la TFD sobre los componentes del ambiente tumoral permitirá modular el proceso angiogénico como estrategia antitumoral. Los objetivos planteados son: I) Investigar la susceptibilidad individual de las de células endoteliales y tumorales a la TFD en la expresión y alteración de moléculas relevantes en angiogénesis. II) Examinar la respuesta de “células endoteliales fotosensibilizadas” al estímulo tumoral para comprender la regulación del proceso angiogénico 2D y 3D. III) Examinar la respuesta a la TFD vascular y TFD tumoral, determinando la eficacia de la doble terapéutica en revertir el proceso de angiogénesis 2D y 3D. IV) Investigar la capacidad estimulante de las “células tumorales fotosensibilizadas” de inducir angiogénesis en modelos in vivo. Para cumplir con los objetivos se propone evaluar: a) La expresión de factores proangiogénicos, moléculas de adhesión, invasividad y migración de células microendoteliales humanas y de adenocarcinoma de colon, comparando modelos de monocultivos 2D y 3D. b) La capacidad de las células tumorales, con diferente malignidad, de promover en las células endoteliales tratadas con TFD estímulos de: proliferación, migración, formación de tubos y quimiotáxis. c) La capacidad de la TFD en modular la respuesta parácrina que participa en la progresión tumoral. d) La implicancia en la respuesta a la TFD de factores de crecimiento y receptores celulares por siRNA o anticuerpos bloqueantes. e) La respuesta angiogénica in vivo mediante el uso de implantes de matrigel con células tumorales o sobrenadantes tratados con TFD. Este trabajo aportará conocimientos sobre el dialogo tumor-endotelio y la susceptibilidad de ese estímulo a la TFD. Además, se determinarán blancos terapéuticos que incrementen su efectividad en relación al proceso angiogénico. Las interacciones entre las células tumorales y endoteliales son relevantes en la angiogénesis tumoral. Por ello, nuevas y más eficientes terapéuticas involucran estrategias combinadas que se dirigen hacia las células tumorales y su entorno, el cual está compuesto por células endoteliales, perivasculares, y matriz extracelular. El abordaje de esta problemática de manera integrada hace suponer encontrar una solución más específica al tratamiento del cáncer. Se espera, según los resultados obtenidos, poder optimizar y/o modular la intervención terapéutica de la acción fotodinámica sobre blancos moleculares del proceso angiogénico.