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Líneas de Generación y Aplicación del Conocimiento (LGCA) que desarrolla.
1) Mecanismos de proyeccion axonal y neuroregeneración
Numerosos son los padecimientos en los que el daño a un órgano o tejido impide su funcionamiento correcto, e incluso en muchos casos lleva a la discapacidad o muerte del individuo afectado. La regeneración de tejidos y órganos mediante la sustitución de las células dañadas, o la estimulación de la regeneración a través de la proliferación y diferenciación celular endógena, son estrategias que actualmente se plantean como parte de la medicina regenerativa; sin embargo existen aún numerosos retos en vías de resolverse como son el tener una fuente confiable, compatible y disponible de células, y lograr que tanto las células endógenas como exógenas se integren al tejido dañado y mantengan la funcionalidad y sobrevivencia.
En el caso particular del sistema nervioso los retos para una terapia de regeneración exitosa implican no solo el obtener los tipos neuronales específicos, sino lograr su plena integración y funcionalidad en el tejido nervioso.
Esta LGCA aborda el entendimiento de los mecanismos moleculares que modulan el crecimiento y orientación axonal, los factores extracelulares y las propiedades biofísicas del sustrato que están modulando la proyección neuronal, la migración y la diferenciación. Por otra parte extrapolamos los conocimientos adquiridos para interactuar con el área del desarrollo de biomateriales que permitan diseñar sustratos que simulen la matriz extracelular y faciliten la diferenciación, sobrevivencia y proyección axonal, o que permitan la liberación de proteína implicadas en la proyección de neuritas. Estudiamos los temas planteados utilizando técnicas bioquímicas, histológicas, de cultivo celular y de tejidos, biología molecular, inmunofluorescencia, microsocopía confocal, y caracterización biológica de biomateriales.
De manera más reciente hemos comenzado a estudiar la estimulación de la proyección celular mediada por pinzas ópticas, y estamos interesado en comprender los mecanismos biológicos que subyacen a esta estimulación, este proyecto se desarrolla en colaboración con especialistas en física y óptica, formando un grupo multidisciplinario interesado en abordar el fenómeno desde diversas perspectivas y enfoques.
Proyectos:
-Interacción del receptor a semaforinas con proteínas de adhesión celular
-Uso de biomateriales para la liberación de proteínas recombinantes en el sistema nervioso central
-Papel de las propiedades físicas y químicas del sustrato sobre la proyección axonal y la diferenciación neuronal
-Pinzas ópticas para la estimulación de la proyección axonal
Publicaciones:
Medina-Villalobos N., Avila R., Marsal M., Andilla J., Loza-Álvarez P., Ojeda-Ramírez M. M., Tamariz E. Infrared Laser Effects on Cell Projection Depend on Irradiation Intermittence and Cell Activity Cells. 2023 Feb; 12(4): 540
Matrecitos-Avila M., Avila R., Cuevas S., Pimentel-Domínguez R., Tamariz E., Loza-Alvarez P. Focus variation due to near infrared laser in a confocal microscope. Microscope Research and Technique. (2022) Vol. 85, septiembre, No. 10, p. 3431-3438; doi: 10.1002/jemt.24198
Avila R., Tamariz E., Medina-Villalobos N., Andilla J., Marsal M., and Loza-Alvarez P. Cell membrane molecular dynamics under a NIR focused laser, Proc. SPIE 10876, Optical Interactions with Tissue and Cells XXX, 108760L (1 March 2019); doi: 10.1117/12.2507904; https:// doi.org/10.1117/12.2507904
Avila R, Tamariz E, Medina-Villalobos N, Andilla J, Marsal M, Loza-Alvarez P. Effects of near infrared focused laser on the fluorescence of labelled cell membrane. Sci Rep. (2018) Dec 5;8(1):17674. doi: 10.1038/s41598-018-36010-1.
García-Peña CM, Ávila-González D, Miquelajáuregui A, Lozano-Flores C, Mastick GS, Tamariz E, Varela-Echavarría A. Neurophilic Descending Migration of Dorsal Midbrain Neurons Into the Hindbrain. Front Neuroanat. (2018) Nov 13;12:96. doi: 10.3389/fnana.2018.00096. eCollection 2018.
Regalado- Santiago C., Juarez-Aguilar E., Olivarez-Hernández JD., Tamariz E. Mimickin Neural Stem Cell Niche by Biocompatible Substrates. Stem Cels Inter.Vol. 2016, Article ID 1513285
Tamariz E., Varela-Echavarría A. The discovery of the growth cone and its influence on the study of axon guidance. Front in Neuroanat (2015) 9:1-9.
García-Peña CM, Kim M , Frade-Pérez D, Avila-González D, Téllez E, Mastick GS, Tamariz E, Varela-Echavarría A. Ascending midbrain dopaminergic axons require descending GAD65 axon fascicles for normal pathfinding. Front in Neuroanat. (2014), 8:43
Millan-Chiu B. E, Camacho G., Varela-Echavarría A., Tamariz E., Fernández F., Lopez-Marin L. M., Achim M Loske A. M. Shock waves and DNA-cationic lipid assemblies: a synergistic approach to express exogenous genes in human cells. Ultrasound in Medicine and Biology (2014) Jul; 40(7):1599-1608
Díaz-Martínez NE, Tamariz E, Díaz NF, García-Peña CM, Varela-Echavarría A, Velasco I.Recovery From Experimental Parkinsonism by Semaphorin-guided Axonal Growth of Grafted Dopamine Neurons. Mol Ther. (2013) Aug;21(8):1579-91.
Tamariz E. Mecanismos de Proyección Axonal Durante el Desarrollo Embrionario, Lecciones importantes para la Neuroregeneración y el desarrollo de Biomateriales. Revista Médica de la Universidad Veracruzana, (2012), 12(1):6-16
Tamariz E., Wan A.C., Pek Y. S., Giordano M., Hernández-Padrón G., Varela-Echevarría A., Velasco I., Castaño V. M. Delivery of chemotropic proteins and improvement of dopaminergic neurons outgrowth through a thixotropic hybrid nano-gel. J Mater Sci Mater Med (2011), 22(9):2097-2109.
Tamariz E, Díaz-Martínez N. E, Díaz N. F, García-Peña C. M, Velasco I,Varela-EchavarríaA.Axon responses of stem cell-derived dopaminergic neurons to semaphorin 3A and 3C. J. Neuroscience Res. (2010) 88:971-980. Artculo destacado en portada
Hernández-Montiel H., Tamariz E*, Sandoval-Minero T., Varela Echavarría A. Semaphorins 3A, 3C and 3F in Mesencephalic Dopaminergic Axon Pathfinding. J. Comp. Neur. (2008) 506:387-397 . *Misma contribución que el primer Autor.
2) Mecanobiología
La mecanobiología estudia el efecto de las fuerzas mecánicas sobre las células y tejidos, y pretende comprender como se lleva a cabo la transducción de estas fuerzas a respuestas bioquímicas que modulan el comportamiento celular. Las fuerzas mecánicas del medio extracelular, o las que se ejercen entre células, son muy importantes en procesos como la formación de tejidos durante el desarrollo embrionario, reparación y cicatrización, así como en procesos patológicos como la malignidad y progresión del cáncer. La mecanobiología es un área multidisciplinaria y de frontera que se nutre de la participación de diversas disciplinas como la biología celular, biología molecular, biofísica, química, ingeniería de materiales y física.
Proyectos:
-La rigidez del sustrato como modulador de la diferenciación neuronal
Las células troncales embrionarias se encuentran inmersas en un nicho o microambiente en el cual la presencia de factores bioquímicos tales como proteínas secretadas y componentes de matriz extracelular (ME), así como las interacciones célula-célula y célula-ME señalizan para definir la troncalidad y/o la diferenciación celular. De manera reciente se ha comenzado a estudiar la influencia de factores físicos tales como la topografía y la rigidez de la ME como señales que también influyen en los procesos de troncalidad y diferenciación. El uso de modelos in vitro que incorporan factores físicos, tales como los sustratos con rigidez variable, han permitido estudiar el papel relevante que la rigidez puede tener sobre la biología de las células troncales.
En este proyecto estamos interesados en estudiar la influencia de la rigidez del sustrato sobre procesos como la adhesión, proliferación y diferenciación de células troncales neurales de embriones de ratón en diferentes estadios del desarrollo; con la finalidad de comprender cuáles son las condiciones idóneas para manipular la troncalidad o el destino neural de dichas poblaciones, y cómo la respuesta a la rigidez es modulada durante el desarrollo embrionario.
-Efecto de la rigidez extracelular en la progresión del cáncer
Una característica de los tumores cancerosos es el incremento en la rigidez del tejido debido al aumento en el número de células, la vascularización y la remodelación de la matriz extracelular. Las células interactúan con la matriz extracelular y son capaces de cambiar sus propiedades físicas y mecánicas tales como la topografía y la rigidez; estas propiedades impactan a su vez en la biología de las células, estableciéndose una retroalimentación constante célula-matriz extracelular. La rigidez es la propiedad de un material a resistir la deformación ante una fuerza aplicada. Recientemente se ha comenzado a estudiar como las células registran y responden a la rigidez extracelular, de manera que los estímulos mecánicos son integrados a señales bioquímicas que modulan las respuestas celulares mediante un proceso conocido como mecanotransducción. Aunque el incremento en la rigidez de los tumores se empieza a considerar como un medio de diagnóstico y prognosis en algunos tipos de cáncer, se conoce muy poco de las implicaciones celulares que los cambios en la rigidez del tejido tiene en las células normales y transformadas; y de qué manera la rigidez puede modular la expresión de proteínas implicadas en la progresión del cáncer y en la metástasis.
En este proyecto estamos interesados en comprender el papel del la rigidez extracelular en la regulación de la expresión de proteínas implicadas en la progresión del cáncer, particularmente de la proteína Neuropilina-1, una proteína co-receptora de factores de crecimiento como el VEGF y EGF, así como de integrinas, estas últimas muy importantes para el proceso de mecanotransducción, y que se sobreexpresa en diversos tipos de cáncer, además esta relacionada con la progresión, malignidad y metástasis de células cancerosas.
Publicaciones:
Vela-Alcántara A.M., Rios-Ramirez A., Santiago-Garcia J., Rodriguez-Alba J. C., Tamariz E. Modulation of DRG neurons response to semaphorin 3A via substrate stiffness. Cells and Development. (2022) Vol. 171, p. 203800; doi.org/10.1016/j.cdev.2022.203800
Rodríguez-Mandujano L., Pimentel-Domínguez R., Tamariz E., Campos-Puente E., Giraldo-Betancur A. L. and Avila R. Fibrillogenesis in collagen hydrogels accelerated by carboxylated microbeads. Biomed. Mater.19 (2024) 045005 https://doi.org/10.1088/1748-605X/ad459a 2024
Vela-Alcántara A.M, Santiago-Garcia J., Barragán-Palacios M., León-Chacón A., Domínguez-Pantoja M., Barceinas-Dávila I., Juárez Aguilar E., Tamariz E. Differential modulation of cell morphology, migration, and Neuropilin-1 expression in cancer and non-cancer cell lines by substrate stiffness. Front in Cell and Dev. Biol. Sec. Cancer Cell Biology, Volume 12 – 2024 | https://doi.org/10.3389/fcell.2024.1352233