DOWN SYNDROMEDe los mecanismos moleculares

a los ensayos clínicosFROM THE MOLECULAR MECHANISMS

TO CLINICAL TRIALS

Síndrome de Down

ciclo deconferencias y debates en

cienciasmonografía

FUNDACIÓN RAMÓN ARECESNATURE PUBLISHING GROUP

ciclo deconferencias y debates en

cienciasmonografía

FUNDACIÓN RAMÓN ARECESNATURE PUBLISHING GROUP

Madrid, 4 de febrero de 2016

FUNDACIÓN RAMÓN ARECES

C/ Vitruvio, 5 • 28006 Madrid

SÍNDROME DE DOWN

DOWN SYNDROMEDe los mecanismos moleculares a los ensayos clínicos

From the molecular mechanisms to clinical trials

© 2016 Springer Healthcare Ibérica, part of Springer Nature groupOrense, 16 - 2° (Oficinas)28020 Madrid (España)Tel.: +34 91 555 40 62www.springerhealthcare.comwww.formacionspringerhealthcare.com

Depósito legal: M-6127-2016 Impreso en España – Printed in Spain

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Síndrome de DownpresentaciónFederico Mayor Zaragoza ___________________________________________________________ 7José María Medina ________________________________________________________________ 8Soledad Santos ___________________________________________________________________ 9

introducciónJuan Carlos López _______________________________________________________________ 13

conferenciasLa genética del ratón para comprender el síndrome de DownVictor Tybulewicz _______________________________________________________________ 17

Descubrimiento de nuevos fármacosXavier Liogier d’Ardhuy ___________________________________________________________ 21

Ensayos clínicos y mecanismos básicosAlberto Costa __________________________________________________________________ 25

Mecanismos moleculares del aprendizaje en relación con el síndrome de DownMara Dierssen __________________________________________________________________ 31

debateJuan Carlos López, Victor Tybulewicz, Xavier Liogier d’Ardhuy, Alberto Costa y Mara Dierssen _________ 39

Down Syndrome presentationFederico Mayor Zaragoza __________________________________________________________ 45José María Medina _______________________________________________________________ 46Soledad Santos __________________________________________________________________ 47

introductionJuan Carlos López _______________________________________________________________ 51

lecturesMouse genetics to understand Down syndromeVictor Tybulewicz _______________________________________________________________ 55

Discovery of new drugsXavier Liogier d'Ardhuy ___________________________________________________________ 59

Clinical trials and basic mechanisms Alberto Costa __________________________________________________________________ 63

Molecular mechanisms of learning in Down syndromeMara Dierssen __________________________________________________________________ 69

discussionJuan Carlos López, Victor Tybulewicz, Xavier Liogier d’Ardhuy, Alberto Costa and Mara Dierssen _______ 77

ÍNDICE

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Sín

dro

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de

Do

wnpres

enta

ción

José María MedinaVicepresidente del Consejo Científico

de la Fundación Ramón Areces

Soledad SantosDirectora Editorial España y Portugal,

Springer Healthcare, a Springer Nature business

Federico Mayor ZaragozaPresidente del Consejo Científico

de la Fundación Ramón Areces

7

C elebramos la octava colaboración entre la Fundación Ramón Areces y Nature Publishing Group, una magnífica iniciativa con uno de los más importantes grupos relacionados con el fomento de la ciencia. Para nuestro fundador,

D. Ramón Areces, era muy importante promover el conocimiento. “En la medida que ten-gamos más conocimiento”, decía, “será más fácil dar a todos los humanos una vida digna”.

El tema de este año es especialmente importante en relación a su figura, ya que una de sus prioridades era todo aquello que tenía que ver con las disfunciones en el momento del nacimiento, como es el caso del síndrome de Down. El primer seminario celebrado en la Fundación, hace ya 40 años, se centró en la bioquímica perinatal. En aquel momento empezaba a comprobarse que con el tratamiento a tiempo de algunas anomalías que po-dían detectarse inmediatamente en los neonatos, podían evitarse trastornos irreversibles. De ahí, el convencimiento de que era necesario promocionar el diagnóstico precoz, lo que finalmente se materializó en un Plan Nacional de Prevención de las Minusvalías.

El síndrome de Down tiene un gran interés científico dado que aunque se trata de una enfermedad genética muy bien caracterizada, tiene un espectro tan amplio como la propia diversidad humana. En este como en otros casos tenemos que procurar, en la medida de lo posible, evitar que los trastornos tengan a veces que llevar a sufrimiento y a una vida de grandes precariedades. Y eso sólo puede ser posible con un mayor conoci-miento de la enfermedad y, consecuentemente, de sus posibles tratamientos. ❙

Federico Mayor ZaragozaPresidente del Consejo Científico de la Fundación Ramón Areces

Presentación

SÍNDROME DE DOWN

E sta es la octava edición del Ciclo de Conferencias celebrado en nuestra Fun-dación en colaboración con Nature Publishing Group. En las siete ediciones anteriores se abordaron los temas de “Pruebas genéticas”, “Nanotecnología”,

“Medicina personalizada”, “Enfermedades autoinmunes”, “Enfermedades infecciosas emergentes”, “Diabetes mellitus tipo 2” y, el año pasado, “Medicina regenerativa”.

En esta ocasión, tanto la Fundación Ramón Areces como Nature Publishing Group Iberoamérica consideramos la necesidad de tratar en este foro el síndrome de Down. Las razones que nos inclinaron a esta decisión fueron varias y todas de una especial relevancia. En efecto, esta enfermedad la padece aproximadamente uno de cada 750 nacimientos. Es la enfermedad cromosómica más frecuente y, lo más importante, sus consecuencias sobre el sistema cognitivo, aunque muy variables, siempre son deletéreas. Aunque el interés de la sociedad por esta enfermedad es tan antiguo como desde su descripción en 1866 por Down, o desde su posterior caracte-rización como trisomía por Jerome Lejeune en 1958, hasta ahora, el hallazgo de un tratamiento eficaz parecía un objetivo inalcanzable. Recientemente, sin embargo, el éxito del tratamiento de los enfermos con captadores de radicales libres de oxígeno que a su vez disminuyen la producción de ß-amiloide ha abierto una ventana de es-peranza para mitigar, al menos, la neurodegeneración tipo alzhéimer que se presenta en estos enfermos cuando alcanzan la vida adulta (véase la contribución de la Dra. Mara Dierssen en esta monografía).

Precisamente, el principal objetivo de esta jornada ha sido contar con las aproxi-maciones científicas y clínicas más sobresalientes en el abordaje del tratamiento del síndrome de Down desde una perspectiva renovada que alimente nuestras esperanzas de lograr retrasar el deterioro cognitivo que sufren estos enfermos y que tanto afecta a su calidad de vida. Ojalá con estos tratamientos se consiga cambiar la “o” de Down por una “a” de Dawn y un nuevo amanecer acontezca para estos enfermos.

Finally, I would like to thank all the speakers attending this meeting and particu-larly those coming from abroad. I am sure that your participation in this meeting will result in a splendid forum where the last findings in the study of the treatment of Down Syndrome will be discussed. On behalf of Ramón Areces Foundation, thank you very much for coming. ❙

José María MedinaVicepresidente del Consejo Científico de la Fundación Ramón Areces

9

Presentación

B ienvenidos a esta nueva conferencia-debate fruto de la colaboración entre la Fundación Ramón Areces y el grupo Springer Nature, la nueva entidad resul-tante de la fusión de las dos grandes editoriales en el mundo de la medicina.

Este año celebramos la octava edición, que dedicamos a los avances científicos en el síndrome de Down, gracias a la participación de nuestros investigadores, todos de gran prestigio a nivel mundial.

Quiero agradecer a todos los componentes de la Fundación Ramón Areces que hacen posible este evento año tras año. Especialmente al Comité Científico, represen-tado en esta mesa por el profesor Federico Mayor Zaragoza y por José María Medina, que nos acogen cada año y buscan siempre un tema que sea del mayor interés para el público general; al Director General de la Fundación, el Sr. Raimundo Pérez-Hernández y Torra, así como al Sr. Manuel Azcona, Director de Comunicación.

Es importante también dar las gracias a la Fundación Ramón Areces por su compromiso con la difusión de los avances de la ciencia, tanto con estas jornadas como con el resto de actividades que llevan a cabo. En esta línea, dentro del grupo Springer Nature queremos tener un compromiso no sólo con la publicación de la ciencia más puntera, sino también con su transmisión hasta sus receptores últimos, los pacientes.

Este año abordamos el síndrome de Down desde una perspectiva que conside-ramos muy esperanzadora porque recientemente se han abierto vías de investigación que hace unos años eran impensables. Se abre así la puerta a incidir sobre síntomas específicos de la enfermedad y sus consecuencias a largo plazo.

Las ponencias que escucharemos esta tarde muestran cómo los avances en cuanto a las técnicas genéticas y moleculares, y el desarrollo de modelos experimentales en animales permiten replicar la trisomía del cromosoma 21, lo que ha facilitado el desa-rrollo de nuevas aproximaciones y estrategias para el tratamiento de muchos de los síntomas del síndrome de Down; no solamente a nivel farmacológico sino también en estrategias que facilitan su aprendizaje. Creemos que todos estos progresos contribuirán a mejorar la integración y la educación de las personas con síndrome de Down.

Para conocer de primera mano estos avances, este año contamos con la participa-ción de cuatro profesionales que son referencia en la investigación que se realiza en el área. Agradezco a los Dres. Victor Tybulewicz, Xavier Liogier d’Ardhuy, Alberto Costa y Mara Dierssen que hayan aceptado nuestra invitación a participar en este evento. Y al igual que en años anteriores, doy las gracias al Dr. Juan Carlos López por la mode-ración de este evento.

Muchas gracias a todos y espero que disfruten de esta jornada. ❙

Soledad SantosDirectora Editorial España y Portugal,

Springer Healthcare, a Springer Nature business

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Sín

dro

me

de

Do

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oduc

ción

Juan Carlos LópezEx Editor de Nature Medicine

Licenciado en Investigación biomédica por la

Universidad Nacional Autónoma de México, ob-

tuvo el doctorado en neurobiología y conducta

en Columbia University (Nueva York), donde se

dedicó al estudio de los mecanismos celulares y

moleculares de formas simples de memoria, en el

laboratorio de Eric Kandel. Antes de introducirse

en el mundo editorial, Juan Carlos trabajó en el

Instituto Cajal (CSIC, Madrid), estudiando aspec-

tos funcionales de la neurotransmisión inhibito-

ria. En noviembre de 1999 fue galardonado con el

premio europeo de divulgación científica “Estudi

General” por su libro El Taller de la Memoria. Ha

sido editor jefe de las revistas Nature Medicine y

Nature Reviews Neuroscience.

13

H ace no demasiado tiempo a nadie se le hubiera ocurrido basar su carrera en el estudio del síndrome de Down; era algo

considerado tan difícil que lo lógico era preguntarse: “¿para qué?”.

Afortunadamente, la situación ha cambiado y es lo que hace extremadamente interesante la jornada que hoy tengo el orgullo de moderar. El hecho de que encontremos investigadores que se hayan metido de lleno en este área y se haya progresado tanto en este campo es algo realmente fascinante.

Pero esta jornada tiene, además, un componente de especial interés: no sólo es acertada la elección de los ponentes, sino también la variedad de sus campos de investigación dentro de esta patología.

En el tema de la biomedicina siempre se hace énfasis en los estudios en laboratorio. Pero, ¿cuántas veces hemos curado el cáncer en ratones? Muchas, pero el ser humano sigue sufriendo por esta enfer-medad. Y es que si bien es muy importante la inves-tigación básica, como sabemos todos los presentes, no lo es menos la traslacional, su traslado al paciente.

En esta ocasión hemos juntado un panel fantás-tico, investigadores que trabajan en modelos animales y en laboratorio pero también expertos que están haciendo ensayos clínicos. Todo encaminado a un mismo objetivo: mejorar la calidad de vida de los afec-tados. A tenor de lo que vamos a escuchar aquí hoy, ese objetivo está hoy más cerca que nunca de ser una realidad. ❙

Introducción

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de

Do

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nfer

enci

asLa genética del ratón para comprender el síndrome de DownVictor TybulewiczInvestigador principal en el Francis Crick Institute, Mill Hill, Londres, Reino Unido

Descubrimiento de nuevos fármacosXavier Liogier d’ArdhuyInvestigador principal científico para el sistema nervioso central (Medicina Traslacional): síndrome de Down y autismo. Centro de Innovación de Roche en Basilea, Suiza

Ensayos clínicos y mecanismos básicosAlberto CostaInvestigador del Departamento de Pediatría en la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve, Cleveland, Ohio, EE.UU.

Mecanismos moleculares del aprendizaje en relación con el síndrome de DownMara Dierssen Directora de investigación en el Centro de Regulación Genómica de Barcelona y presidenta de la Sociedad Española de Neurociencia, España

17

Fue en 1862 cuando el síndrome de Down adquirió su nombre. Se lo debemos a un médico inglés, John Langdon Down, un hombre intere-

sado en las dificultades del aprendizaje que observó que había un grupo de personas, sobre todo niños, que tenía características similares en este sentido. Así, describió su conjunto de síntomas como un nuevo síndrome bautizado con su apellido.

Como recuerda el Dr. Victor Tybulewicz, poco se supo realmente de esta condición hasta casi un siglo después. Fue entonces cuando una científica francesa, Marthe Gautier, ayudada por su colega Jérôme Lejeune, descifró las bases genéticas del síndrome, en 1959.

Lo que descubrieron estos investigadores es que la patología estaba producida por la presencia de una copia extra de uno de los cromosomas humanos. La diferencia es importante: si el hombre presenta normalmente 22 pares de cromosomas numerados del 1 al 22 más los

La genética del ratón para comprender el síndrome de DownVictor TybulewiczInvestigador principal en el Francis Crick Institute, Mill Hill, Londres, Reino Unido.

sexuales, en el caso de los afectados por el síndrome de Down son 47 los cromosomas con los que cuenta, ya que tiene uno extra del 21. Es por esta razón que el síndrome de Down se conoce también como trisomía 21.

Podría parecer que esto es la genética básica de la condición, pero como las investigaciones posteriores –como las llevadas a cabo por Tybulewicz han demos-trado–, se trata sólo de la punta del iceberg.

Y el bloque de hielo no es pequeño. El síndrome de Down, recuerda el experto, es una carga sanitaria importante. Lo es, en primer lugar, por su frecuencia. Uno de entre cada 750 y 800 nacidos vivos lo padece y se trata, además, de una importante causa de abortos

Victor Tybulewicz

“El síndrome de Down es una carga sanitaria importante; por su frecuencia, por ser una causa importante de abortos espontáneos y porque el aumento de la expectativa de vida se acompaña de problemas médicos importantes para los afectados.”

SÍNDROME DE DOWN

espontáneos. Se calcula que uno entre 43 es debido a esta anomalía cromosómica.

Podría pensarse, comenta el investigador del centro inglés, que su incidencia podría haber disminuido, ya que en los últimos años se ha impuesto con fuerza el diagnóstico prenatal, por lo que algunas madres optan por interrumpir voluntariamente el embarazo. Sin embargo, al mismo tiempo, está aumentando la edad media en la que las mujeres dan a luz por primera vez y la edad de maternidad elevada es el mayor factor de riesgo para este síndrome.

Pero existe otra razón por la que la incidencia (el número total de casos) de esta condición no dismi-nuye y no es otro que la mejora de la medicina y los avances en los cuidados médicos disponibles para estos pacientes. Si hace algunas décadas la expectativa de vida de un afectado rondaba los 30 años, ahora se sitúa en torno a los 60. Pero la buena noticia de este aumento en la expectativa de vida viene acompañada de algunos problemas como, por ejemplo, que a la edad de 50 años alrededor del 50% de los pacientes desarrolla algún tipo de demencia o enfermedad de Alzheimer.

Este es el otro factor que influye en que el síndrome de Down sea un problema sanitario de relevancia. Se cree que si estas personas llegaran a cumplir 80 años, el 100% lo haría con alzhéimer. Así, aunque los pacientes viven más, requieren también de más cuidados médicos.

Son muchos y muy variados los síntomas que acompañan a un diagnóstico de síndrome de Down.

Además de los problemas de aprendizaje y memoria, se observan anomalías en la debilidad muscular, defectos cardiacos congénitos, que afectan a alrededor de un 40% de los pacientes y una probabilidad mucho mayor –hasta de 400 veces más– de desarrollar síndromes hematológicos como leucemia megacarioblástica.

¿Quiere esto decir que un afectado por síndrome de Down tendrá todas estas dificultades? No. Y ahí está lo que hace especialmente fascinante esta enfer-medad para la investigación. “Aunque el 100% de los pacientes pueden tener problemas de memoria y aprendizaje, el espectro de gravedad es muy amplio”, subraya el Dr. Tybulewicz.

El especialista recuerda lo mucho que se ha avan-zado en el conocimiento básico del síndrome de Down. Además de la causa, esa copia extra del cromosoma 21, el sustancial avance de la secuenciación del genoma humano permitió ir mucho más allá y descubrir que este cromosoma contenía alrededor de 230 genes que codi-fican proteínas. “Pensamos en el síndrome de Down como un problema de dosis de genes y creemos que una copia extra de uno o más de estos 230 genes es lo que explica los distintos fenotipos asociados a esta condi-ción”, resume el experto del Francis Crick Institute.

A partir de ese conocimiento llegaron las pre guntas. Si el síndrome de Down tiene una presentación tan variada y existen tantos genes involucrados, lo que la ciencia tenía que averiguar era el gen específico respon-sable de cada característica y cómo su incremento se asociaba a la enfermedad. “Si averiguamos esto, podríamos desarrollar de forma racional aproxima-ciones terapéuticas para cada uno de estos fenotipos y ese ha sido el principal foco de nuestro trabajo”, resume Tybulewicz.

La información de base ya está disponible. Existe un listado con los 230 genes involucrados en los distintos efectos del síndrome, pero queda lo más importante: atribuir cada uno de ellos a cada feno-tipo. Para hacerlo, subraya el Dr. Tybulewicz, se puede

“Pensamos en el síndrome de Down como un problema de dosis de genes y creemos que una copia extra de uno o más de los 230 genes del cromosoma 21 es lo que explica los distintos fenotipos asociados a esta condición.”

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La genética del ratón para comprender el síndrome de Down | Victor Tybulewicz

utilizar la genética humana. Y la observación de estos datos genéticos ha ayudado mucho en la comprensión de esta patología.

Como señala este experto, existen personas que padecen síndrome de Down pero no presentan trisomía del cromosoma completo, sino que ésta es parcial. Es un evento científico extremadamente raro, ya que afecta sólo a alrededor de 100 personas en todo el mundo, pero ha permitido dar luz sobre los genes más implicados en la enfermedad, ya que comparar la secuenciación genó-mica de su cromosoma 21 con la de otros afectados que lo tienen triplicado por entero permite identificar las regiones que más contribuyen a los problemas.

Esta aproximación científica empezó hace alre-dedor de 25 años y, en un principio, pareció simplificar mucho las cosas, ya que definió lo que se denominó como la región crítica del síndrome de Down, que sólo contenía alrededor de 33 genes, una cantidad relati-vamente pequeña. Sin embargo, investigaciones poste-riores publicadas en 2009, con más avances en mapeo genómico y más casos de trisomía parcial analizados, supusieron un jarro de agua fría y se vio que la situa-ción no era, ni mucho menos, tan simple.

Fue entonces cuando se hizo aún más evidente la necesidad de crear modelos animales del síndrome de Down y, para ello, se escogió al ratón, ya que se trata de un mamífero y tiene una fisiología relativamente parecida a la humana: cuenta con un cerebro y puede aprender dife-rentes comportamientos. Aunque hay una diferencia de 80 millones de años de evolución, se trata de una cifra relativamente pequeña en términos evolutivos.

Como resalta Tybulewicz, otra razón apoya el uso de este modelo animal y no es otra que el acceso a técnicas muy sofisticadas de ingeniería genética, que permiten manipular el genoma del ratón y crear por lo tanto modelos muy ajustados del síndrome en este animal.

En un principio podría parecer fácil; si se sabe que el síndrome de Down está causado por una copia extra del cromosoma 21, bastaría con fabricar con ingeniería

genética un ratón con ese cromosoma por triplicado. Sin embargo, el hecho de que el ratón sea el mejor modelo de estudio de esta condición no implica que sea igual que el humano; pronto se observó que los genes del cromosoma 21 en humanos estaban distribuidos en tres regiones separadas de los cromosomas murinos 10, 16 y 17. “Es un panorama complicado”, reconoce Tybu-lewicz. La razón: el paralelismo dista de ser perfecto.

Aunque también hubo una aproximación desarro-llando un ratón con un cromosoma humano extra, no es la vía más investigada. Lo que más se ha utilizado son ratones transgénicos que presentan una duplica-ción de las regiones de los cromosomas de ratón que son ortólogas para el cromosoma 21. Así, se ha incre-mentado el número de genes –de dos a tres– en esas áreas, imitando lo que sucede en los individuos afec-tados por síndrome de Down.

El laboratorio del Dr. Tybulewicz, en colaboración con la investigadora del University College of London Elizabeth Fisher ha desarrollado una cepa de ratones transgénicos con una duplicación de las regiones del cromosoma murino 16 que son ortólogas al cromo-soma humano 21. La cepa murina en cuestión se deno-mina Cp1Tyb, pero su investigación no ha parado ahí.

Los científicos han segmentado dichas regiones y las han desglosado en tres áreas. Así, han creado nuevas cepas de ratones transgénicos –hasta nueve–que les han servido para crear un panel de mapeo genético que les está permitiendo investigar los genes

“No basta con fabricar un ratón con una copia extra del cromosoma 21, porque los genes de éste en humanos están distribuidos en tres regiones separadas de tres cromosomas murinos: el 10, el 16 y el 17.”

SÍNDROME DE DOWN

sensibles a dosis que contribuyen a los distintos feno-tipos del síndrome de Down.

“Hemos usado estos ratones para ver en qué zonas del cromosoma sucede cada cosa, desde lo que afecta al aprendizaje y a la memoria, pasando por lo que procesa la actividad eléctrica en el cerebro, la coordinación motora –capacidad de utilizar las extremidades de forma correcta, andar y mantener el equilibrio–, el desa-rrollo cardiaco e incluso hemos empezado a estudiar los cambios craneofaciales y la neurodegeneración que puede estar relacionada con el alzhéimer y la demencia”, desgrana sobre su trabajo el Dr. Tybulewicz.

Un ejemplo de sus recientes investigaciones se puede ver en los trabajos realizados con estas cepas de ratón sobre los defectos cardiacos congénitos que acompañan a un 40% de los individuos con síndrome de Down.

El corazón de una persona sana cuenta con las cuatro clásicas cámaras –aurícula derecha e izquierda y ventrículo derecho e izquierdo– que están separadas por paredes musculares. Los dos principales problemas cardiacos en el síndrome de Down es el llamado defecto septal ventricular y el auriculoventricular, que implican una ruptura entre las separaciones de dichas cámaras.

Lo que Tybulewicz y sus colaboradores están haciendo es modelar esos defectos congénitos cardiacos en ratón e intentar descifrar qué genes sensibles a dosis se

requieren para que se produzcan. Una vez identificados los mismos, habrá que averiguar también cómo causan la enfermedad.

Para avanzar aún más en su trabajo, los investiga-dores ingleses han utilizado una tecnología de imagen de última generación y tridimensional que permite ver con mucho detalle la estructura del corazón del ratón y que hace posible identificar exactamente cualquier tipo de defecto cardiaco.

Tras desglosar por regiones de mapeo los resul-tados que ofreció la imagen, se observó que una única región, Dp3Tyb, con sólo 39 genes, puede causar dichos defectos congénitos cardiacos.

Pero las cosas en investigación de síndrome de Down nunca son como parecen a primera vista. El equipo de Tybulewicz analizó los resultados de otro investigador, el Dr. Roger Reeves de la Johns Hopkins University. Éste había desarrollado otro modelo animal de síndrome de Down, en el que había hecho una duplicación cromosómica muy parecida pero ligeramente más corta. En sus animales, el defecto cardiaco no se veía con la misma frecuencia.

Este contratiempo no ha paralizado, ni mucho menos, la investigación en este campo. Lo que indica, tal y como resume el investigador del centro de referencia británico, es que “tiene que haber más de un gen y estar localizado en distintas áreas”. Es lo que su equipo continúa buscando a día de hoy, pero ya se ha avanzado mucho.

Como concluye Tybulewicz, actualmente se sabe que es posible hacer modelos animales del síndrome de Down y que se pueden modelar los distintos aspectos de esta condición, incluyendo algunos de los que más preocupan como los déficits en memoria y aprendizaje y los defectos cardiacos. También se sabe que las técnicas genéticas son útiles para el estudio de esta enfermedad en la búsqueda de los genes sensibles a dosis, y que hay al menos dos genes diferentes que contribuyen a los problemas congénitos cardiacos que acompañan al 40% de los afectados por síndrome de Down.

“Actualmente se sabe que es posible hacer modelos animales del síndrome de Down y que se pueden modelar los distintos aspectos de esta condición, incluyendo algunos de los que más preocupan como los déficits en memoria y aprendizaje y los defectos cardiacos.”

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Descubrimiento de nuevos fármacosXavier Liogier d’ArdhuyInvestigador principal científico para el sistema nervioso central (Medicina Traslacional): síndrome de Down y autismo. Centro de Innovación de Roche en Basilea, Suiza

En el avance observado en los últimos años en torno a la investigación en síndrome de Down, también la industria farmacéutica tiene algo

que decir. Hace alrededor de nueve años, uno de los mayores laboratorios biomédicos del mundo,  la compañía suiza Roche, decidió poner énfasis en las neurociencias y concretamente en el desarrollo temprano de fármacos en este área. Por esta razón se creó la unidad de Investigación y Desarrollo Temprano de Roche Pharma (pRED, Roche Pharma Research and Early Development) específica en Neurociencia.

La pRED se centró a su vez en tres campos de las neurociencias: las enfermedades psiquiátricas –se empe-zaron a buscar medicamentos para la esquizofrenia–, las patologías neurodegenerativas, donde se estudiarían entre otras la enfermedad de Alzheimer y el párkinson, y los trastornos del neurodesarrollo, que incluiría el síndrome de Down.

A pesar de que la red se formó hace relativamente poco tiempo, Roche llevaba años trabajando en el sistema nervioso central. En concreto, tenían mucha experiencia en el sistema gabaérgico, con el desarrollo del conocido medicamento Valium®.

Muchas de las comorbilidades observadas en el síndrome de Down ya disponen de un tratamiento, pero el único dominio para el que no existe ningún fármaco por el momento es el relacionado con la cognición y la conducta adaptativa, dos elementos

que son clave a la hora de definir la discapacidad inte-lectual. Así, Roche se centró en la búsqueda de un compuesto que pudiera solucionar estos dos aspectos.

La creación en 1980 del primer modelo animal de síndrome de Down, el ratón Ts65Dn supuso un gran acicate a la investigación en este campo, también para la industria farmacéutica. El modelo se puede utilizar para imitar los fenotipos o síntomas que se ven en los humanos y también para probar distintas moléculas y evaluar si los fenotipos que tenemos en los distintos modelos animales mejoran.

Xavier Liogier d’Ardhuy

SÍNDROME DE DOWN

Centrándonos en el sistema gabaérgico y, en concreto, en el receptor GABA en sí, es importante recordar el descubrimiento por parte del equipo de Roger Reeves, de la Universidad Johns Hopkins, de que existe un déficit en las conexiones entre las neuronas en las personas con síndrome de Down, una disminución que se produce en el momento del desarrollo del cerebro. Esto implica un desequilibrio entre el sistema excitatorio y el inhibitorio, por lo que el sistema gabaérgico es crucial en este sentido.

“Pensamos que si encontrábamos una molécula que redujera el poder de estos receptores y lo que desencadenan, como se hace por ejemplo en la inhi-bición ovárica, deberíamos poder restablecer el equili-brio entre el sistema excitatorio y el inhibitorio”, señala el Dr. Liogier.

Antes de desarrollar un tratamiento específico, los investigadores de Roche probaron otro compuesto ya existente, un antagonista del receptor GABA llamado pentilentetrazol (PTZ). Evaluaron su eficacia compa-rando los resultados obtenidos en ratones modelo del síndrome de Down y en los wild-type (normales, sin un cromosoma triplicado) con una tarea específica y

en el corto plazo, concretamente se trataba de evaluar la capacidad para reconocer objetos. Se observó que la hipótesis planteada, la acción sobre el sistema gabaér-gico y sus receptores, podría tener sentido porque el PTZ hizo que los ratones Ts65Dn recuperaran casi por completo el déficit observado.

“Esto fue sólo el inicio de nuestro trabajo; quedaba lo más importante, desarrollar el compuesto. No se podía utilizar el PTZ porque no es eficaz para una subunidad de los receptores GABA y porque tiene importantes efectos secundarios, como la posibilidad de desencadenar epilepsias”, recalca Liogier.

Así, los químicos de Roche diseñaron la molé-cula buscada, que se dirigía a la subunidad alpha 5 del receptor GABA, también conocida como GABRA5. Así nació basmisanil, el compuesto que se está probando en la actualidad en el tratamiento del síndrome de Down en humanos.

Pero antes de llegar a la fase clínica, diversos expe-rimentos permitieron que se diera este paso. En primer lugar, se estudió su eficacia a nivel celular, en concreto con células del hipocampo de los ratones modelo de la enfermedad. También se hicieron estudios de electro-fisiología en las mismas y se observó que su nivel de actividad aumentaba tras la exposición al compuesto.

El siguiente paso fue estudiar basmisanil en animales en vivo. En concreto se sometió a los ratones a una conocida prueba de medición de la capacidad cogni-tiva, el test de Morris, que consiste en situar a los sujetos en una piscina que tienen que cruzar encontrando una plataforma sumergida a ras de la superficie. Lo que se vio es que, como era de esperar, antes de la intervención farmacológica los Ts65Dn tardaban más en completar la tarea que los wild-type pero, tras la administración del compuesto, lo lograron casi al mismo tiempo. “Era el segundo indicio de que nuestro compuesto podía funcionar”, subraya Liogier.

“Pensamos que si encontrábamos una molécula que redujera el poder de estos receptores y lo que desencadenan, como se hace por ejemplo en la inhibición ovárica, deberíamos poder restablecer el equilibrio entre el sistema excitatorio y el inhibitorio.”

23

Descubrimiento de nuevos fármacos | Xavier Liogier d’Ardhuy

La siguiente fase de la investigación implicaba moverse a la clínica. Tras analizar la seguridad del compuesto en voluntarios sanos, en estudios en fase I, se empezó a probar en adultos hace ya varios años, en estudios pequeños en los que se confirmó la seguridad y se estudió la dosis necesaria, lo que permitió conti-nuar en una población más grande y diseñar estudios con niños.

Además de los ensayos clínicos clásicos, Roche innovó en la investigación de este compuesto dise-ñando los llamados estudios “sin fármaco” o estudios no farmacológicos, que están en marcha en la actua-lidad. Se trataba de establecer una serie de escalas para medir los cambios cognitivos en las personas con síndrome de Down, ya que no existe hasta la fecha una medida única que cumpla todos los criterios para ser utilizada en este sentido, entre otras razones porque el fenotipo de las personas con síndrome de Down es muy distinto aunque padezcan el mismo trastorno. “No podíamos decidir qué escala utilizar para demos-trar una mejoría potencial y de ahí la necesidad de estos estudios no farmacológicos; ahora ya lo tenemos claro”, comenta el investigador de Roche, que subraya

que los resultados de estos estudios podrán ser útiles tanto para otros grupos de investigación como para evaluar otras moléculas.

La valoración del médico responsable junto con las medidas directas obtenidas en la Escala de Comporta-miento Adaptativo Vineland II (VABS II) es lo que está utilizando Roche para demostrar si su fármaco para el síndrome de Down provoca una mejoría cognitiva en los pacientes.

Para establecer las escalas que se utilizarían, se defi-nieron las cualidades que tendrían que cumplir, siendo éstas: ser apropiadas, poder confirmar el perfil de comportamiento adaptativo, ser sensibles a las diferen-cias de edad y mantenerse estables a lo largo del tiempo. En función de estos criterios se estableció que uno de los parámetros principales para medir la eficacia de basmi-sanil en los estudios que se realizaran posteriormente sería la Escala VABS II. Pero también se tendría en cuenta la Escala de Impresión de Mejoría Global del Clínico (CGI-I). La medida en este último test se obtiene después de que el médico que participa en la intervención hable con los padres de los voluntarios en los ensayos clínicos y evalúe el cambio que se ha producido desde la primera visita. Esta valoración junto con las medidas directas obtenidas en la Escala VABS II es lo que está utilizando Roche para demostrar si su fármaco para el síndrome de Down provoca una mejoría cognitiva en los pacientes.

Para los investigadores del laboratorio suizo es muy importante cerciorarse de que la mejoría obte-nida en estas escalas implica una mejora en la calidad de vida de las personas afectadas por síndrome de Down, así como en la de sus padres y cuidadores. De hecho, Roche mantiene un grupo especializado en la validación de escalas sobre la calidad de vida, no sólo en neurociencias sino en todas las áreas. “Queremos asegurarnos de que lo que hacemos tiene una repercu-sión”, concluye Liogier.

“Esto fue sólo el inicio de nuestro trabajo; quedaba lo más importante, desarrollar el compuesto. No se podía utilizar el PTZ porque no es eficaz para una subunidad de los receptores GABA y porque tiene importantes efectos secundarios, como la posibilidad de desencadenar epilepsias.”

SÍNDROME DE DOWN

El mayor ensayo clínico de su medicamento hasta la fecha se ha denominado CLEMATIS y aún está en marcha. Esto hace que no se pueda predecir ni si el medicamento va a ser eficaz en humanos ni se pueda saber tampoco las fechas en las que se conocerá esta

información, aunque se espera que en junio de 2016 se disponga de más datos que permitan ir más allá en la investigación clínica de basmisanil.

En diciembre de 2015 empezó a su vez un estudio en niños de entre 6 y 11 años, que ha sido precedido por otro estudio no farmacológico para evaluar  la adaptabilidad de las escalas establecidas para medir la eficacia del fármaco en adultos y saber si son fiables a la hora de hacer lo mismo en niños.

La insistencia en la puesta en marcha de estos estu-dios no farmacológicos ha llamado la atención de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) de EE.UU., que han invitado a la compañía biomédica suiza a que participara en un grupo de trabajo específico sobre el desarrollo de medidas válidas de eficacia en los ensayos clínicos en síndrome de Down. Es algo para lo que Roche también ha hablado con las autoridades regula-torias sanitarias, la EMA en Europa y la FDA en EE.UU.

“La valoración del médico responsable junto con las medidas directas obtenidas en la Escala VABS II es lo que está utilizando Roche para demostrar si su fármaco para el síndrome de Down provoca una mejoría cognitiva en los pacientes.”

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En el laboratorio del biofísico y médico Alberto Costa se vivió hace unos años una paradoja. Una joven realizaba pruebas de la reacción en

cadena de la polimerasa, conocida como PCR (por sus siglas en inglés, polymerase chain reaction) y genotipaje de unos ratones denominados Ts65Dn. Lo curioso es que ambos compartían un rasgo esencial: una copia extra de un cromosoma. En el caso del ratón se trataba del cromo-soma número 16 y, en el de la chica, del cromosoma 21. La muchacha tiene síndrome de Down y el ratón es el primer modelo de esta condición en animales y el que ha permitido un significativo avance en el planteamiento de un posible tratamiento frente al mismo.

La protagonista de esta anécdota se llama Tyche y es hija del Dr. Alberto Costa; también es, según él mismo reconoce, la causa de que volviera a la medi-cina clínica tras realizar un doctorado en Biofísica. “Cuando nació, en 1995, ni había cura ni se estaba buscando”, señala el investigador.

Pero si su hija tiene mucho que ver en que el Dr. Costa se haya convertido en un líder en el campo de la investigación clínica en síndrome de Down, también el ratón ha jugado un papel importante. El modelo Ts65Dn fue producido en 1990 en el laboratorio de la Dra. Muriel Davisson, mentora del médico y biofísico. “No lo creó ninguna técnica de ingeniería genética, eran otras épocas y se irradiaron los testículos de un conjunto de animales hasta que se obtuvieron las anomalías que queríamos replicar”, señala Costa.

Ensayos clínicos y mecanismos básicosAlberto CostaInvestigador del Departamento de Pediatría en la Facultad de Medicina de la Universidad Case Western Reserve, Cleveland, Ohio, EE.UU.

Aunque la técnica no es muy precisa, el modelo Ts65Dn permite copiar el cromosoma adicional del síndrome de Down. La principal pega es que no repre-senta en número a todos los genes involucrados en la enfermedad en humanos. Pero la investigación con este animal permitió un descubrimiento que se ha revelado esencial a lo largo de los años y es el hecho de que los individuos con síndrome de Down presentan una disfunción en el hipocampo.

Es un rasgo que se vio por primera vez en el ratón y que posteriormente se descubrió en el perfil cognitivo del síndrome de Down. Aunque las personas afectadas

Alberto Costa

SÍNDROME DE DOWN

presentan una discapacidad intelectual que tiende a ser global, la función cognitiva está más disminuida en el hipocampo, algo que también sucede con las funciones que dependen de la corteza prefrontal, según demostraron investigaciones posteriores.

Es importante recordar las funciones principales del hipocampo para saber qué supuso este hallazgo. Este área cerebral tiene un papel esencial a la hora de formar recuerdos, de hacer que las vivencias a corto plazo cambien de posición y se conviertan en algo de lo que el individuo se acuerde. Lo ideal es codi-ficar esos episodios en el espacio de almacenamiento correcto que ofrece el cerebro y en este proceso está involucrado el hipocampo, como también lo está en el aprendizaje espacial. Esta habilidad de codificar adecuadamente las vivencias para que se conviertan en recuerdos es algo en lo que precisamente no destacan los afectados por trisomía 21.

La genética también ha contribuido al avance en el entendimiento del síndrome de Down. De hecho, el segundo cromosoma que se secuenció de forma completa, en el año 2000, fue precisamente el 21. Un año más tarde, se completaba la secuenciación del genoma humano.

Se tardó varios años en determinar los genes invo-lucrados en el síndrome de Down, pero gracias a ello

se pudieron dibujar mapas de expresión génica; sin embargo, se trataba de imágenes que no informaban. “Descubrimos los genes que están conectados con el síndrome, pero no teníamos ni la menor idea de la frecuencia con la que las moléculas interactúan unas con otras ni qué tipo de interacciones presentan, ni el microentorno. Teníamos un panorama muy complejo ante nosotros”, resume el Dr. Costa.

Gracias a la secuenciación del cromosoma 21 se pudieron dibujar los mapas de expresión génica que permitieron, a su vez, definir un nodo central con una molécula concreta que, por su situación, debía de tener una especial importancia: la calcineurina (CaN).

El trabajo del Dr. Costa permitió establecer una conexión entre esta molécula y los receptores NMDA. Se trata de unos receptores que pueden ser modifi-cados farmacológicamente, tanto con compuestos experimentales tales como el MK801 como con fármacos que ya están en uso clínico como la meman-tina, la amantadina o la ketamina. “Así, el mecanismo de acción era bastante atractivo desde el punto de vista farmacológico, lo que hizo que la posibilidad de actuar sobre esta molécula fuera más sencilla de lo que podría parecer en un principio”, recalca Costa.

Los receptores NMDA se podrían definir como antenas en un sistema de comunicación. Son recep-tores de glutamato, un neurotransmisor que transmite información codificada de una neurona a otra. Para entenderla, hacen falta esas antenas que son los recep-tores de los que existen varios tipos, como los AMPA y los NMDA. Al equipo del Dr. Costa le parecieron más atractivos estos últimos, porque su activación permite la entrada de una gran cantidad de calcineurina, molé-cula que juega un papel importante en la formación de recuerdos.

Lo que hace uno de los fármacos que actúan sobre los NMDA, la memantina, es imitar la acción de la calcineurina sobre el receptor. En otras palabras, ayudaría a almacenar correctamente las vivencias.

“Descubrimos los genes que están conectados con el síndrome, pero no teníamos ni la menor idea de la frecuencia con la que las moléculas interactúan unas con otras ni qué tipo de interacciones presentan, ni el microentorno. Teníamos un panorama muy complejo ante nosotros.”

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Ensayos clínicos y mecanismos básicos | Alberto Costa

“Nuestra hipótesis es que el fármaco iba a mejorar el aprendizaje y la memoria en los ratones modelo de síndrome de Down y, para comprobarlo, desarrollamos un experimento”, subraya el Dr. Costa, que añade que un factor determinante a la hora de escoger el fármaco es que ya estaba aprobado su uso en humanos.

El mismo se llevó a cabo con ratones, tanto modifi-cados con un cromosoma extra como naturales (wild-type, en inglés). Una de las características de estos animales es que, cuando algo les asusta, se paralizan; es como si sus movimientos se congelaran. Se trata de un mecanismo que se ha demostrado eficaz para evitar a los predadores en situaciones de peligro. Este mismo rasgo también se reproduce en humanos, aunque durante un tiempo mucho más corto. Por lo tanto los individuos quedan paralizados unos segundos antes de decidir qué hacer: si pedir ayuda, intentar escapar…

Dada esta equivalencia entre ratones y humanos, los autores de la investigación establecieron esta reac-ción como un parámetro para poder medir la eficacia del medicamento. Si un animal sabía que una situación era peligrosa, lo normal es que se quedara paralizado ante la repetición de la misma. Si, a pesar de saberlo, no lo hacían, era probable que se debiera a su incapa-cidad de recordar que ya había estado en esa circuns-tancia adversa.

Los investigadores aplicaron una pequeña descarga eléctrica a los ratones cuando les hacían entrar en una jaula, un recinto en el que se les volvería a introducir

24 horas después. Era un daño leve, lo suficiente para hacerles saber que entrar en ese espacio concreto  no era una buena noticia. El 55% de los ratones normales se  paralizaron a la hora de volver a la jaula. Los Ts65Dn se introducían tranquilos, como si no hubieran entrado nunca antes. No recordaban el electroshock que habían recibido tan sólo 24 horas antes.

La intervención farmacológica se llevó a cabo tanto en los animales salvajes (wild-type, sin modificación cromosómica) como en los modelos de síndrome de Down. Se les aplicó una inyección de memantina antes de entrar en la jaula por primera vez y otra antes de volver. “El medicamento no tuvo ningún efecto en los animales control y sí en los Ts65Dn; esto demostró que estábamos corrigiendo algo que no funcionaba dema-siado bien en estos animales y sí lo hacía en el grupo control”, resume Costa.

La estrategia se probó en animales de todas las edades pero, como destaca el investigador, los ratones no son personas pequeñas. Era hora de pasar a la acción en humanos.

Para ello, los científicos dirigidos por Costa pidieron autorización al organismo que regula los ensayos clínicos en EE.UU., la FDA. Se diseñó un estudio aleato-rizado, doble ciego y con placebo en el que se evaluaría la eficacia y la tolerabilidad de la memantina para fomentar las habilidades cognitivas de jóvenes adultos –de entre 18 y 32 años– con síndrome de Down.

“Nuestra hipótesis es que el fármaco iba a mejorar el aprendizaje y la memoria en los ratones modelo de síndrome de Down y, para comprobarlo, desarrollamos un experimento.”

“El medicamento no tuvo ningún efecto en los animales control y sí en los Ts65Dn; esto demostró que estábamos corrigiendo algo que no funcionaba demasiado bien en estos animales y sí lo hacía en el grupo control.”

SÍNDROME DE DOWN

Se seleccionó a 40 pacientes y la investigación se llevó a cabo con éxito y se publicó en la revista Translational Psychiatry. Se trataba de un ensayo clínico de 16 semanas de duración y era importante disponer de una medida primaria sobre la que se pudiera hacer una predicción en función de la eficacia del medica-mento. Para ello, se utilizaron varios tests. Los que dieron el parámetro primario de eficacia fueron las pruebas de aprendizaje asociativo de localización espa-cial (PAL, Paired Associated Learning) y la de memoria de reconocimiento de patrones (PRM, Pattern Recog-nition Memory). Otros tests utilizados, esta vez para medir los parámetros secundarios de eficacia, fueron la Prueba de Aprendizaje Verbal de California –segunda edición (CVLT-II, California Verbal Learning Test II)– y el Test Conductual de Memoria de Rivermead, que mide también la memoria episódica.

Así, los participantes en el estudio fueron sometidos a estas pruebas antes y después del ensayo. Su evolución en el puntaje obtenido es lo que permitió a los investiga-dores concluir si el fármaco había sido eficaz.

Sin embargo, los promotores de la investigación eran conscientes de que en las 16 semanas que duraba la misma no daba tiempo a que cambiara sustancial-mente la capacidad de llevar a cabo ciertas tareas. “Para hacer algo hace falta saber hacerlo pero también saber cómo llevarlo a cabo. Hay un espacio entre la capacidad y la posibilidad de ejecutar una tarea”, destaca el Dr. Costa.

Así, no se esperaba un gran cambio. Tampoco se arriesgó con la dosis utilizada y los autores se ciñeron a las medidas ya autorizadas por la FDA para el tratamiento del alzhéimer: de 5 a 10 miligramos en hasta dos tomas diarias. “Quizá deberíamos haberlo cambiado”, especula Costa. Tras algunos ajustes –dos participantes se negaron a continuar y otro fue descar-tado– los voluntarios quedaron divididos en dos grupos: uno de 19 que tomó placebo, y otro de 18 que se trató con el fármaco. Como en todos los ensayos clínicos doble ciego, ni los participantes ni los investi-gadores sabían quién estaba en cada brazo.

Los únicos efectos secundarios que se observaron fueron un aumento de ansiedad en dos voluntarios y signos de mareo en otra de las participantes.

Aunque la mejoría en los parámetros de cognición no fue muy significativa, sí se vieron algunos avances importantes en el grupo tratado con memantina. La mayoría aumentó sus funciones cognitivas, lo que se reflejó sobre todo en una subida en la puntuación total del CVLT-II. El Dr. Costa considera que el número de pacientes influyó negativamente en los resultados y que un tamaño muestral más grande hubiera permi-tido ver más efectos.

Para solucionar esta situación, los investigadores decidieron llevar a cabo un segundo estudio con más voluntarios. En concreto, el nuevo ensayo clínico va a contar con 200 participantes, que se seleccionarán en Cleveland, donde trabaja el Dr. Costa y en São Paulo, ya que la investigación está financiada por la Funda-ción Alana brasileña. Por el momento han sido reclu-tados 20 pacientes, todos en EE.UU.

El diseño del estudio presenta algunas diferencias con respecto al anterior. Además de los tests utilizados en el primer trabajo, se van a llevar a cabo otros como el TROG-II, el PAL, el DAS, el Go-No Go, el PPVT-IV, el SIB-R o el SCARED. “Nos hemos dado cuenta de que uno de los parámetros que podría mejorar es el recuerdo de números, afectado en el síndrome de

“Para hacer algo hace falta saber hacerlo pero también saber cómo llevarlo a cabo. Hay un espacio entre la capacidad y la posibilidad de ejecutar una tarea.”

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Ensayos clínicos y mecanismos básicos | Alberto Costa

Down. Como algunas personas consideran que este parámetro está en la memoria prefrontal, hemos incluido tests que miden el funcionamiento de este área”, destaca Costa.

Además de un mayor número y variedad de tests, a los voluntarios participantes en este segundo ensayo se les harán siete resonancias magnéticas, un elec-troencefalograma de alta densidad y, lo más novedoso, se cultivarán células pluripotentes inmunes de los propios pacientes.

Con respecto al electroencefalograma de alta densidad, el Dr. Costa comenta que es interesante porque permite medir el potencial de disparidad (MMN, mismatch negativity), que es un potencial evocado auditivo endógeno que se obtiene cuando se escuchan pasivamente estímulos sonoros de baja probabilidad. Y sobre la necesidad de realizar reso-nancias, el investigador señala: “Además de servir para establecer ciertas correlaciones, esta prueba de imagen permitirá ver si el tratamiento con memantina hace que varíe el tamaño del hipocampo, lo que parece posible según los trabajos que ha llevado a cabo la investigadora de mi centro Katherine Koenig”.

El aspecto de las células madre pluripotentes es especialmente novedoso, sobre todo por la forma de obtenerlas. Los investigadores lo están haciendo a partir de un simple análisis de orina. Tras centrifugar el líquido, los investigadores han sido capaces de hacer

crecer células renales y cultivarlas para convertirlas en pluripotentes. “La idea es generar células que se expresen y tengan el mismo aspecto que las neuronas, pero hacerlo a partir de la orina de los pacientes”, resume Costa.

Los científicos ya han obtenido a partir de orina miocitos cardiacos capaces de latir y están a punto de publicar las técnicas que han utilizado para lograrlo, un método no invasivo que, a día de hoy, ha permi-tido cultivar células del 80% de los 20 participantes ya seleccionados para el ensayo clínico.

A la hora de diseñar y llevar a cabo este trabajo, el Dr. Costa y sus colaboradores consideran necesario hacer algunas observaciones sobre principios neuro-éticos de la investigación en este campo. “Creo que ha llegado la hora de que las personas con síndrome de Down sean tratadas como lo merecen, como seres humanos valiosos que forman parte de nuestra comunidad y que, como a los participantes en cual-quier ensayo, se les debe garantizar su autonomía y su dignidad”, comenta el especialista.

Para ello, hay que utilizar todos los medios posibles para que tanto los padres como los voluntarios sepan en qué van a participar, lo que incluye el uso de picto-gramas y otras vías de explicación. Además, es impor-tante preservar la identidad de los participantes. Según los autores del primer estudio, ninguno de los mismos cambió tras la administración de memantina, aunque sí se observó que dos de las participantes adquirieron mayor confianza en sí mismas y se mostraron más asertivas, algo que los investigadores consideran que no supone un cambio en la personalidad y que puede incluso ser positivo para evitar los abusos. “Apoyamos el principio de Hipócrates Primum non nocere; lo prin-cipal es no hacer daño y buscar siempre el beneficio”, concluye el Dr. Costa.

“La idea es generar células que se expresen y tengan el mismo aspecto que las neuronas, pero hacerlo a partir de la orina de los pacientes.”

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Mecanismos moleculares del aprendizaje en relación con el síndrome de DownMara DierssenDirectora de investigación en el Centro de Regulación Genómica de Barcelona y presidenta de la Sociedad Española de Neurociencia, España

Mara Dierssen

H ay dos áreas que interesan principalmente en el laboratorio de Mara Dierssen en el Centro de Regulación Genómica de Barce-

lona (CRG). Se trata de dos campos muy importantes: el aprendizaje y la memoria. “Estamos interesados en comprender sus bases neurobiológicas, los  pro cesos que hacen que nuestro cerebro sea capaz de procesar la información del entorno y, a través de toda una intrin-cada red de asambleas neuronales, acabar entendiendo qué es lo que sucede en el mundo, guardando esa infor-mación y utilizándola posteriormente para organizar determinadas respuestas y determinados comporta-mientos y adaptarlos a ese medio”, resume la investiga-dora del centro catalán.

El cerebro humano, que no deja de ser una máquina, está compuesto por varias piezas. Por una parte están las neuronas, unas células especializadas cuya función es precisamente la de comunicarse entre

sí, procesar la información, un procesamiento que es de carácter electroquímico. Consiste en una sinapsis, una comunicación entre neuronas que se materializa en la liberación de sustancias químicas que hacen florecer determinadas sensaciones en los humanos.

Esas moléculas se liberan en función de una serie de patrones de descarga neuronal, son descargas eléctricas que se suceden de forma organizada en esos circuitos neuronales. “Lo más interesante es que la cognición y nuestro comportamiento son una propiedad emer-gente del sistema, no están en el sistema, por lo que entendiendo una sola neurona o un solo circuito no entenderemos la cognición”, explica Dierssen.

“Lo más interesante es que la cognición y nuestro comportamiento son una propiedad emergente del sistema, no están en el sistema, por lo que entendiendo una sola neurona o un solo circuito no entenderemos la cognición.”

SÍNDROME DE DOWN

Necesitamos comprender cómo de las propie-dades intrínsecas de las redes neuronales, tales como la arquitectura de las neuronas o su fisiología, surge la cognición y el comportamiento, y eso es lo que se pretende descifrar con la neurobiología.

Los elementos fundamentales son las neuronas que junto con las dendritas forman los sistemas de comu-nicación neural. Las dendritas tienen unas especializa-ciones de membrana llamadas espinas dendríticas, que son los verdaderos puntos de entrada de la informa-ción. Conocer su topología, cómo están organizados en el espacio esos árboles dendríticos y sus puntos de contacto, son cruciales.

Los cambios en esa arquitectura pueden alterar el funcionamiento cerebral y éste es uno de los meca-nismos que hace que el cerebro de las personas con síndrome de Down no procese igual la información que el de una persona sana. Esa topología da lugar a una organización de la información en términos eléc-tricos. De hecho, si se sitúan unos electrodos en el cráneo, se puede observar que hay una especie de osci-laciones eléctricas que es posible registrar y al parecer se correlacionan con determinadas actividades cogni-tivas y dominios cognitivos.

“Todo este sistema tan complejo y que surge a partir de la interacción con la experiencia está además tuneado de forma fina por un proceso que se llama plasticidad neuronal”, afirma la Dra. Dierssen, que añade que esto se define como la capacidad que tiene el cerebro de cambiar su estructura y su función a

nivel local en respuesta a la experiencia y como conse-cuencia del aprendizaje.

Cuando el cerebro humano se expone a determi-nada experiencia, esta vivencia es capaz de remodelar a nivel local el conectoma, el esquema de conexiones que hay en el cerebro. Es esa capacidad lo que permite al ser humano adaptarse e interactuar con el medio de una forma eficiente. Esa plasticidad significa por un lado ese cambio en la conectividad a nivel local y lo que implica en cuanto a la mejora de la eficiencia del sistema. Pero también hay otros procesos que influyen en dicha adaptación, como la incorporación de nuevas neuronas al sistema, algo que sucede solamente en algunas zonas del cerebro y que se descubrió hace rela-tivamente poco, para sorpresa de los científicos.

Una característica interesante de la plasticidad es que se trata de un fenómeno que se produce durante toda la vida. Aunque es muy importante la generación de las conexiones, algo que ocurre durante la niñez, ese conectoma depende totalmente de la plasticidad que, a su vez, es dependiente de la actividad y de la expe-riencia. “En cierta medida, somos producto de nuestra actividad y nuestra experiencia”, resume Dierssen.

La complejidad a nivel molecular de todo ese intrincado de redes que compone el cerebro es inmensa. “Sabemos que las moléculas están ahí, pero no siempre son necesarias, no todas actúan a la vez, ni en todas partes y por eso simplificar la manera de abordar farmacológicamente este tipo de procesos es muy complicado”, puntualiza la científica.

El hecho de presentar tres copias del cromo-soma  21, lo que supone el síndrome de Down, significa que se tienen en exceso de dosis todo un grupo de proteínas normales, no mutadas. En el cerebro es muy necesario que las cosas sucedan en su justa medida. Esta compleja red de proteínas que se sobreexpresan produce una serie de alteraciones muy complejas presentes en una amplísima red de cascadas moleculares.

“Todo este sistema tan complejo y que surge a partir de la interacción con la experiencia está además tuneado de forma fina por un proceso que se llama plasticidad neuronal.”

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Mecanismos moleculares del aprendizaje en relación con el síndrome de Down | Mara Dierssen

Este fenómeno da lugar a unos fenotipos cognitivos que hacen, por ejemplo, que las personas con síndrome de Down no sean capaces de organizar correctamente la información, como se demuestra cuando se les somete al Test de la Figura compleja de  Rey-Osterrieth, que se utiliza para medir el grado  de desarrollo cognitivo en niños. Lo que parece es que las alteraciones en los árboles dendríticos, en esa topología de contactos entre las neuronas, son responsables en cierta medida de las disfunciones en el procesamiento de la información.

Básicamente, lo que se ve en el síndrome de Down es que los árboles dendríticos son menos complejos y se establecen menos puntos de contacto, de forma que el área diana de cada una de las neuronas se reduce; es decir, el cerebro puede procesar menos información lo que, a su vez, y debido a la plasticidad, redunda en cambios en la fisiología de este órgano.

La aparición de modelos animales fue fundamental en los avances de la investigación del síndrome de Down que han permitido llegar hasta la clínica. Además del modelo trisómico Ts65Dn, se ha conseguido generar todo un conjunto de animales aneuploides (con un número distinto de cromosomas que el wild-type) que permite comprender las regiones involucradas en el síndrome pero también comprender su neurobiología.

Lo que permiten hacer estos nuevos modelos es poner en tres copias un gen determinado, no el cromosoma completo. Lo cual facilita observar si la

sobreexpresión de un único gen es suficiente para generar los fenotipos.

Desde que se dispuso del primer modelo animal se pudo observar que la trisomía producía fenotipos muy parecidos a los que se encontraban en las personas con síndrome de Down, con árboles dendríticos menos complejos y alteraciones de memoria y aprendizaje.

Para continuar avanzando en la investigación, había que descubrir cuáles de todos esos genes que están en esa trisomía y alteran las redes moleculares están produ-ciendo las anomalías. Es lo que se denomina genes candidatos.

Tras diversas investigaciones, el equipo de Mara Dierssen encontró su candidato estrella, la proteína Dyrk1A. Está en la región crítica del síndrome de Down que se identificó en humanos y participa en procesos muy importantes para el sistema nervioso central como la plasticidad.

Pronto se vio que al introducir en el ratón exceso de dosis de la proteína Dyrk1A se producían las mismas alteraciones que en el ratón trisómico. Se vio que el exceso de dosis de esta proteína estaba impli-cado en el fenómeno de que a las neuronas les costara más crecer y que la distancia que recorre la dendrita fuera más corta.

Así, se estableció la hipótesis que sostenía que si se inhibía la actividad de la proteína se podía revertir ese fenotipo y normalizar el fenotipo neuronal. Las inves-tigaciones previas habían demostrado además que ese

“Sabemos que las moléculas están ahí, pero no siempre son necesarias, no todas actúan a la vez, ni en todas partes y por eso simplificar la manera de abordar farmacológicamente este tipo de procesos es muy complicado.”

“Para continuar avanzando en la investigación, había que descubrir cuáles de todos esos genes que están en esa trisomía y alteran las redes moleculares están produciendo las anomalías.”

SÍNDROME DE DOWN

fenotipo era muy importante porque al modificarlo variaba el tamaño de regiones enteras del cerebro, como el hipocampo.

De hecho, también se observó que Dyrk1A influía en el desequilibrio entre la inhibición y la excitación en el cerebro, característico de muchos trastornos que cursan con discapacidad intelectual.

Para probar su hipótesis, el equipo de la Dra. Dierssen utilizó diversas estrategias. En primer lugar, optó por la terapia génica reduciendo la copia que sobraba de Dyrk1A y se observó que de esta forma se revertía el fenotipo cognitivo típico del ratón trisómico. Pero los investigadores tuvieron que recurrir a otra estrategia para probar su hipótesis en humanos, ya que no se puede hacer terapia génica en pacientes.

Un equipo de investigadores del Centro Nacional Francés para la Investigación Científica, dirigido por Jean M. Delabar, publicó en la revista PLoS One que un polifenol que está presente en el té verde, epigalocatequina galato, era capaz de inhibir la actividad quinasa de Dyrk1A y además atravesaba la barrera hematoencefálica, es decir, era capaz de llegar al cerebro. Al tratarse de un producto nutracéutico su baja toxicidad estaba asegurada.

“Vimos que mejoraba las alteraciones de aprendi-zaje del ratón y evaluamos directamente su hipocampo para saber si estábamos inhibiendo realmente la acti-vidad de la proteína. Tras aplicar el compuesto durante un mes, lo dejábamos casi igual que al wild-type, lo que se reflejaba incluso en la estructura completa del cerebro; fuimos capaces de revertir ese fenotipo”, explica Dierssen.

Tras toda una serie de experimentos, los investi-gadores vieron también que la epigalocatequina galato no sólo actuaba sobre la proteína Dyrk1A, sino que también lo hacía a nivel epigenético. Es decir, influye en cómo se modula la síntesis de nuevas proteínas, actúa sobre los propios contactos sinápticos y sobre la forma de las neuronas y tiene un efecto sobre la Dyrk1A y la cognición.

El siguiente paso en la investigación era probar la hipótesis en humanos, para lo que se diseñó un ensayo clínico. La idea no era curar porque los estudios se iban a hacer en adultos y todo lo que ha sucedido en el neuro-desarrollo es difícil recuperarlo. Así, se pretendía conse-guir una mejoría cognitiva, algo que podría ser muy importante para los afectados por síndrome de Down.

En primer lugar se hizo un ensayo en fase I para comprobar la seguridad del compuesto y se vio que éste no producía ningún efecto secundario, además de vislumbrarse una cierta eficacia.

El siguiente paso lo constituyó la realización de un estudio pequeño con 35 personas y de sólo tres meses de duración. Fue la antesala a un ensayo clínico en fase II con casi 100 personas, que quedaron finalmente en 87 participantes.

Para evitar el efecto placebo, se administró durante un mes a los voluntarios un comprimido sin principio activo, aunque ellos pensaban que estaban recibiendo el nutracéutico. Después se dividió a los participantes en dos grupos, pero las familias de los mismos no querían arriesgarse a estar sólo con placebo, por lo que ambas intervenciones se acompañaron de estimula-

“Vimos que mejoraba las alteraciones de aprendizaje del ratón y evaluamos directamente su hipocampo para saber si estábamos inhibiendo realmente la actividad de la proteína. Tras aplicar el compuesto durante un mes, lo dejábamos casi igual que al wild-type, lo que se reflejaba incluso en la estructura completa del cerebro; fuimos capaces de revertir ese fenotipo.”

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Mecanismos moleculares del aprendizaje en relación con el síndrome de Down | Mara Dierssen

ción cognitiva. La pregunta, por lo tanto, fue: ¿produce el compuesto junto con la estimulación cognitiva una mayor mejoría que esta última intervención por si sola?

A los voluntarios se les sometió a diversas pruebas neuropsicológicas, además de analizarse ciertos biomarcadores bioquímicos y evaluar también la neurofisiología. “Queríamos ver cómo estaba la excitabilidad cortical para ver si recolocábamos el balance excitación-inhibición y también hicimos estudios de neuroimagen para ver la conectividad”, resume Dierssen.

Se observó que el grupo que había recibido el compuesto además de la estimulación cognitiva presen-taba una puntuación superior en el Índice Clínico Global (CGI, de sus siglas en inglés Clinical Global Index). Además, tras realizarles distintas pruebas, se vio que también les había mejorado la calidad de vida y su capacidad de adaptabilidad en la vida real.

La mejoría se mantuvo hasta seis meses después de parar el tratamiento. En cuanto a la conectividad, se vio que mejoraba sustancialmente sobre todo en diferentes áreas que tienen que ver con las capacidades cognitivas. De hecho, se observó que aumentaba la utilización de las zonas más frontales. “Lo que veíamos es que ese efecto de excitabilidad no se corrige sólo

con la estimulación cognitiva pero sí que se mejora de forma significativa cuando juntamos los dos trata-mientos”, resume la investigadora del CRG.

En conclusión, los investigadores han demos-trado que la administración de epigalocatequina galato junto con entrenamiento cognitivo mejora no solamente algunos aspectos de la función cognitiva y de la conducta adaptativa, sino que también normaliza la excitabilidad cortical y la conectividad funcional, lo que se ha demostrado con estudios de neuroimagen. Además, algunos de esos efectos se mantienen después de discontinuar el tratamiento.

En ratón se ha visto también que con esta inter-vención se reconectan redes moleculares que están implicadas en la plasticidad, lo que lleva a los investi-gadores a pensar que seguramente Dyrk1A es un nodo fundamental en esas redes, que solapan con las que se modifican tras el enriquecimiento ambiental.

Los autores consideran que el neurodesarrollo será probablemente un momento en el que sea posible intervenir con más éxito, por lo que van a empezar un ensayo pediátrico a mediados de año.

Mientras llegan esos resultados, apuntan también a posibles ventajas de la administración del compuesto en el declive cognitivo asociado a la edad.

Eso sí, consideran que hay que tener en cuenta algunos factores a la hora de evaluar esta intervención, como el hecho de que no va a ser igual de eficaz en todo el mundo, como pasa con cualquier otro fármaco y que tanto el sexo como algunos modificadores genéticos podrán influir en el resultado, variables todas que se están estudiando en el laboratorio de la Dra. Dierssen. Esta especialista también destaca que, a la hora de diseñar intervenciones para el síndrome de Down, se planteen tratamientos multifactoriales.

“Queríamos ver cómo estaba la excitabilidad cortical para ver si recolocábamos el balance excitación-inhibición y también hicimos estudios de neuroimagen para ver la conectividad.”

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Juan Carlos López: Tras haber escu-chado todas las exposiciones, no quiero que pierdan la oportunidad de hacer preguntas a nuestros ponentes. Han impartido unas conferencias tan profundas, que seguro que han suscitado cuestiones.

En España, el 95% de los niños con síndrome de Down no nace porque nuestra sociedad y concre-tamente  la Sociedad Española de Ginecología y Obstetricia (SEGO), tiene un increíble sistema de cribado y solo finalmente el 5% de esos niños nacen. Como ha dicho Alberto Costa, estos seres humanos valiosos tienen toda su dignidad. ¿De qué manera todo este esfuerzo científico que ha quedado de mani-fiesto en esta jornada se puede tras-ladar a la sociedad y a los medios de comunicación para explicar que, más que una enfermedad, el síndrome de Down es una circuns-tancia concreta de seres humanos que puede mejorar?Alberto Costa: Ha suscitado un aspecto interesante pero, hoy por hoy, lo único que puedo responder

es dando un poco de esperanza. En EE.UU. al haber aumentado la esperanza de vida de los afectados por síndrome de Down, hay ahora toda una generación que ha crecido con ellos a su alrededor y se ha producido un cambio de actitud. El número de parejas embarazadas que deciden abortar en EE.UU. simplemente porque les han dado un diagnóstico de síndrome de Down ha disminuido de entre el 90-95% al 60-65%. La gente que ha

crecido con personas con síndrome de Down ha visto que pueden hacer más cosas y ahora piensan en ellos como individuos y seres humanos. Cualquier padre lo que quiere es mejorar la vida de su hijo y, ahora que estamos identificando terapias, si vemos cualquier tipo de espe-ranza que pudiera ayudarles poten-cialmente, creo que la mayoría de los padres no decidiría abortar. Eso es lo que pienso, aunque es posible que sea ingenuo por mi parte.

Debate

Xavier Liogier d'Ardhuy, Juan Carlos López, Victor Tybulewicz, Mara Dierssen y Alberto Costa

SÍNDROME DE DOWN

Mara Dierssen: En España hay un cambio de tendencia, aunque no contamos con los datos tan claros como en otros países. El tener alguna opción de tratamiento va a modificar las cosas, como también el hecho de que estas personas se están incorporando cada vez más a la sociedad de una forma más norma-lizada y que además nos estemos dando cuenta de lo que aportan, porque el problema que tenemos en nuestro país es que no nos gusta la diversidad y eso tiene que cambiar. Esto requiere de un cambio cultural, pero se va a ir produciendo.

En el ensayo clínico en el que se está probando la memantina para el síndrome de Down se están gene-rando también células madre pluri-potenciales a partir de la orina de los participantes. ¿Qué van a hacer con estas células? Alberto Costa: Queremos disponer de estas células pluripotenciales para poder compararlas con otras. Sabemos que hay personas que responden muy bien al tratamiento y otras que no y, si pudiéramos diferenciar entre esas células, podríamos predecir quién es un buen candidato para usar este fármaco. Además, nos gustaría desarrollar algún tipo de ensayo a nivel celular e investigar la función del receptor de glutamato

en células humanas en lugar de en células murinas, para poder poner a prueba ciertas teorías sobre cómo se produce el síndrome de Down. Esperamos crear un biobanco de dichas células al que pueda acceder todo el mundo, que conten-dría información fenotípica muy importante. La idea es conocer mejor la historia de esas células, lo que sería un buen recurso para todos nosotros. Mara Dierssen: Nosotros estamos trabajando en esta misma línea, pero con otra estrategia, desarro-llando células directamente a partir de precursores neuronales, porque a veces la reprogramación provoca cambios en los fenotipos que luego son difíciles de sortear.

He visto que tienen un compuesto bastante prometedor con el que han pasado directamente a modelos in vivo; quería saber si hay alguna línea celular que pueda generar fenotipos como los del síndrome de Down, de forma que se puedan llevar a cabo ensayos en cultivos celulares que nos puedan ayudar a identificar un buen candidato antes de pasar a la investigación preclínica. Mara Dierssen: El problema es que lo que se ve al analizar líneas celulares y no modelos animales o humanos no es siempre evidente.

Se puede observar si hay respuesta a activadores, pero saltar de ahí a la cognición es complicado. Aunque se puede analizar si crecen más 'ramitas' a las neuronas, eso puede servir para hacer una aproxima-ción, pero al cultivar las neuronas se está cambiando el entorno celular y nos encontramos con diferencias sustanciales. Todos los modelos son interesantes, pero hay que conocer bien sus limitaciones porque la extrapolación no es sencilla.

En esta conferencia se han puesto de manifiesto diversas inicia-tivas científicas para mejorar el síndrome de Down pero ¿se reúnen de vez en cuando para intentar aunar todos estos esfuerzos? Victor Tybulewicz: La aventura científica no la lleva a cabo una sola empresa, los avances vienen de muchas personas distintas, lo importante es que haya comuni-cación. Nos comunicamos publi-cando artículos y también colabo-ramos con otros laboratorios; hay congresos y conferencias, como la primera conferencia Keystone sobre síndrome de Down que se celebró en Nuevo México, del 24 al 27 de enero de 2015. Además, hace un año se creó la Trisomy 21 Research Society (T21RS), un foro en el que los investigadores y las familias pueden participar del

41

Debate

proceso. Hace falta algo de indivi-dualismo pero también son nece-sarias estructuras que fomenten la comunicación.

Si los buenos resultados que tiene la investigación de la epigalocate-quina galato (EGCG) se confirman en la etapa pediátrica, ¿llegaremos a la situación de que sea posible dar el producto a la mujer embarazada antes del nacimiento? Mara Dierssen: Está claro que es nuestro objetivo final, porque somos conscientes de que parte de los problemas que nos encon-tramos en niños y adultos proceden de la etapa prenatal y la mayor parte de los genes que tienen que ver con plasticidad sináptica se expresan durante el desarrollo, pero la cuestión no es tan sencilla como parece. Yo no puedo contestar a eso en humanos hasta que lo haga en ratón y después a nivel pediátrico. Son muchos años de investigación,

desgraciadamente la investigación va despacio. En la parte académica aún más despacio y además la investigación en España no es una prioridad, lo que ralentiza más las cosas. El síndrome de Down está en tierra de nadie, no es una enfer-medad rara ni es muy frecuente y competimos con patologías como el cáncer o las cardiovasculares por una financiación muy escasa. Nuestra idea es intentar mejorar las cosas desde el neurodesarrollo, cuanto antes mejor. Ya hemos empezado a estudiarlo en ratones.

El síndrome de Down no es sólo un problema de neurodesarrollo, sino también neurodegenerativo. ¿Alguna de estas estrategias está atacando a la vez los dos frentes?Mara Dierssen: Es otro de los temas que nos preocupa. Sabemos que hay una relación genética entre el alzhéimer y el síndrome de Down porque entre otras cosas la proteína precursora del

amiloide está localizada en el cromosoma 21 y además sabemos que hay otros genes también en este cromosoma, como Dyrk1A que sufren cambios durante el alzhéimer. Nosotros hemos ensa-yado la epigalocatequina galato (EGCG) en modelos animales de alzhéimer y ha sido eficaz, pero los modelos de alzhéimer son mucho más complicados que los de trisomía y las conclusiones que se pueden obtener de ahí tienen sus limitaciones. Lo hemos estudiado en ratones trisómicos ancianos y hemos visto que mejora por varias razones, en parte por la inhibi-ción de Dyrk1A, que favorece la formación de amiloide, pero también porque la EGCG activa la vía no amiloidogénica. Si eso es suficiente para reducir el declive cognitivo, todavía no se puede decir. Los resultados en ratón son esperanzadores, pero hay que esperar a llegar a la fase de investi-gación clínica.

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Federico Mayor ZaragozaChairman of the Scientific Council of

Ramón Areces Foundation

José María MedinaDeputy Chairman of the Scientific Council

of Ramón Areces Foundation

Soledad SantosEditorial Director Spain and Portugal,

Springer Healthcare, a Springer Nature business

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W e are celebrating the eighth collaboration between Ramón Areces Foundation and the Nature Publishing Group, a wonderful initiative done in collaboration with one of the most important groups related to

the promotion of science. The promotion of knowledge was very important for our founder, Mr. Ramón Areces who used to say: “The more knowledge we have, the easier will be to give a dignified life to humankind”.

The topic for this year is especially relevant for him, since one of his priorities was to do with dysfunctions at birth, such as Down syndrome. The first seminar held in the Foundation, some 40 years ago, was focused on perinatal biochemistry. At the time, it was proved that the timely treatment of some anomalies detected immediately in newborns could prevent irreversible damages. Hence, the certainty that an early diag-nosis was needed was finally materialized in a National Plan for disability prevention.

Down syndrome is a major scientific concern since, although it is a well-defined genetic disorder, its spectrum is as wide as human diversity. We have to try, as far as possible, to prevent disorders such as this causing suffering or a life of great precarious-ness. And this may only be possible with a greater knowledge of the disorder and, consequently, of its potential treatments. ❙

Federico Mayor Zaragoza Chairman of the Scientific Council of Ramón Areces Foundation

Presentation

DOWN SYNDROME

T his is the eighth edition of the Conference Series held in our Foundation in collaboration with Nature Publishing Group. In the seven previous edi-tions, topics such as “Genetic testing”, “Nanotechnology”, “Personalized

medicine”, “Autoimmune diseases” “Emerging infectious diseases”, “Type 2 Diabetes Mellitus’’ and, last year “Regenerative medicine”, were discussed.

This time, both Ramón Areces Foundation and Nature Publishing Group Iberoamérica considered the need to discuss Down syndrome. The reasons were va-rious and all relevant. In effect, 1 out of every 750 newborns has the disorder. It is the most frequent chromosome disorder and, most importantly, its consequences on the cognitive system, although variable, are always deleterious. Although the interest of society on this disorder dates back to 1866, when Down described it, or to 1958 when Jérôme Lejeune characterized it as a trisomy disorder, finding an effective treatment has seemed unachievable until now. Recently, however, the success of a treatment with antioxidants reducing the production of ß-amyloid has given hope, since it may reduce Alzeimer-like neurodegeneration present in these patients when reaching adulthood (please refer to Dr. Mara Dierssen in this monograph).

As a matter of fact, the main objective of this conference was to discuss the most outstanding scientific and clinical approaches in the management of Down syndrome from a renewed perspective that feeds our hopes for delaying the cognitive decline experienced by these patients which so adversely affects their quality of life. Let’s hope that these treatments will be able to replace the “o” in Down with an “a” for “Dawn”, a new dawn for these patients.

Finally, I would like to thank all the speakers attending this meeting and parti-cularly those coming from abroad. I am sure that your participation in this meeting will result in a splendid forum where the last findings in the study of the treatment of Down syndrome will be discussed. On behalf of Ramón Areces Foundation, thank you very much for coming. ❙

José María MedinaDeputy Chairman of the Scientific Council of Ramón Areces Foundation

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Presentation

W elcome to this new Conference-Discussion which is the result of a collaboration between Ramón Areces Foundation and Springer Nature Group, the new entity resulting from the merger of two big publishers

in the world of medicine.This year, we are celebrating the eighth edition, which is dedicated to scientific

advances in Down syndrome, thanks to the participation of our researchers, all of great prestige worldwide.

I would like to thank all members of Ramón Areces Foundation who make possible this event every year, especially the Scientific Council, represented at this table by Professor Federico Mayor Zaragoza and José María Medina, who welcome us every year and are always searching for a topic of the greatest interest for the general public; the General Director of the Foundation, Mr. Raimundo Pérez-Hernández y Torra, and Mr. Manuel Azcona, Director of Communications.

It is also important to thank the Ramón Areces Foundation for its commitment to the spread of scientific advances, not only at these conferences but also for the other activities they do. In this line, Springer Nature Group wants to commit, not only with the publication of cutting-edge science, but also with its delivery to the final recipient, the patients.

This year we will talk about Down syndrome from a perspective we consider very encouraging since several researches, which were unthinkable a few years ago, have recently started. Thus, a door has been opened to further study the specific symptoms of the disease and its long-term outcomes.

The lectures we will hear this afternoon will show us how advances in genetic and molecular techniques and the development of experimental models in animals which allow replicating the trisomy of chromosome 21, have facilitated the develop-ment of new approaches and strategies for the treatment of many symptoms of Down syndrome; not only at a pharmacological level but also in strategies that facilitate their learning. We believe that all these developments will help to improve the integration and education of people with Down syndrome.

This year, we have the participation of four professionals, leaders in the research being conducted in this area, to learn about these developments first hand. I want to thank Dr.  Victor Tybulewicz, Dr. Xavier Liogier d’Ardhuy, Dr. Alberto Costa and Dr. Mara Dierssen who have accepted our invitation to participate in this session. And as in previous years, I want to thank Dr. Juan Carlos López for being the moderator of this session.

Thank you very much to everyone and I hope you enjoy the conference. ❙

Soledad SantosEditorial Director Spain and Portugal,

Springer Healthcare, a Springer Nature business

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Juan Carlos LópezFormer Editor of Nature Medicine

He received his degree in biomedical research at

the Universidad Nacional Autónoma de México

and obtained his PhD in neurobiology and beha-

viour at Columbia University (New York), where

he studied the cellular and molecular mecha-

nisms of simple forms of memory in Eric Kandel’s

laboratory. Before entering the publishing world,

Juan Carlos worked for the Instituto Cajal (CSIC,

Madrid), studying the functional aspects of inhi-

bitory neurotransmission. In November 1999 he

was honoured with the “Estudi General” Euro-

pean Award for scientific dissemination, for his

book El Taller de la Memoria. He is currently edi-

tor in chief of Nature Medicine, a post he had held

previously at Nature Reviews Neuroscience.

51

Not so long ago nobody would have thought of basing his/her career on the study of Down syndrome; it was considered so difficult that

the logical question was: “what for?”Fortunately, the situation has changed and this is

what makes the session I am proud to moderate, extre-mely interesting. The fact that there are researchers who have become fully involved in this area and that so much progress has been made in this field is really fascinating.

But this session has, in addition, a component of special interest: not only is the choice of lecturers per-tinent, but also the variety of their fields of research into this condition.

In the field of biomedicine, laboratory studies are always emphasised but, how many times have we cured cancer in mice? Many times, but human beings still suffer from this disease. And, although basic research is very important, as we all know, trans-actional research, its transfer to the patient, is not less important.

On this occasion we have gathered a fantastic panel of researchers who work in animal models and in the laboratory, but also experts who are conducting clinical trials. All of them with the same objective: improve the quality of life of those affected by the condition. From what we are going to hear today, the objective now adays is closer than ever to becoming a reality. ❙

Introduction

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Mouse genetics to understand Down syndrome Victor TybulewiczPrincipal Investigator at Francis Crick Institute, Mill Hill, London, UK

Discovery of new drugsXavier Liogier d'ArdhuyCentral Nervous System main scientific researcher (Translational Medicine): Down syndrome and autism. Roche Innovation Centre in Basel, Switzerland

Clinical trials and basic mechanismsAlberto CostaResearcher in the Pediatric Department at Case Western Reserve University School of Medicine, Cleveland, Ohio, USA

Molecular mechanisms of learning in Down syndromeMara DierssenResearch group leader at the Centre for Genomic Regulation in Barcelona and President of the Spanish Society for Neurosciences, Spain

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Down syndrome acquired its name in 1962. We owe it to an English physician, John Langdon Down, a man interested in the

learning difficulties he observed in a group of people, mostly children, who had similar features. Thus, he described a set of symptoms as a new syndrome named after his surname.

As Dr. Victor Tybulewicz reminds us, very little was really known about this condition until almost a century later when a French scientist, Marthe Gautier, aided by her colleague Jérôme Lejeune, deciphered the genetic basis of the syndrome in 1959.

These researchers discovered that the disease was caused by the presence of an extra copy of one of the human chromosomes. The difference is important: if humans usually have 22 pairs of chromosomes numbered 1 to 22 apart from the sexual ones, in the case of those affected by Down syndrome, there are 47 chromosomes,

Mouse genetics to understand Down syndromeVictor TybulewiczPrincipal Investigator at Francis Crick Institute, Mill Hill, London, UK

since they have one extra copy of chromosome 21. For this reason, Down syndrome is also known as Trisomy 21.

This might seem to be the basic genetics of the condition, but as subsequent investigations, such as those conducted by Dr. Tybulewicz, have shown, this is only the tip of the iceberg.

And the block of ice is not small. Down syndrome, recalls the expert, is a significant health burden. First of all, for its frequency. One out of every 750-800 live births suffers from it and, moreover, it is an important cause of miscarriages. It is estimated that one out of 43  miscarriages is because of this chromosomal anomaly.

Victor Tybulewicz

“Down syndrome is an important health burden, for its frequency, for being an important cause of miscarriages and because the increase of life expectancy is accompanied by major medical problems for those having the condition.”

DOWN SYNDROME

You might think its impact could have decreased, since the prenatal diagnosis has been strongly imposed in recent years and some mothers have opted to volun-tarily interrupt their pregnancy. However, and at the same time the average age of first-time mothers has increased and advanced maternal age is the biggest risk factor for this syndrome, says the researcher of the British centre.

But there is another reason for which the inci-dence [total number of cases] of this condition is not diminishing, and it is none other than the improve-ment of medicine and the advances available for the care of these patients. If some decades ago, the life expectancy of a patient was up to around the age of 30, now it is around 60. But the good news of this increase in life expectancy is accompanied by some problems such as, for example, at the age of 50 about 50% of patients develop some kind of dementia or Alzheimer’s disease.

This is another factor that contributes to Down syndrome being a relevant health problem. It is believed that if these people could reach the age of 80, 100% of them would have Alzheimer’s disease. Thus, although patients live longer, they also require more medical care.

Down syndrome symptoms are many and very varied. In addition to learning and memory problems, abnormalities such as muscle weakness, congenital heart defects –affecting around 40% of patients– are observed as well as a greater potential –up to 400 fold–

of developing haematological syndromes such as megakaryoblastic leukaemia.

Does this mean that a person with Down syndrome will have all these difficulties? No. And that’s what makes this disease especially fascinating for the resear-cher. “Although 100% of patients may have problems with memory and learning, the spectrum of severity is very wide,” stresses Dr. Tybulewicz.

The specialist recalls how far the basic knowledge of Down syndrome has progressed. In addition to the cause, that extra copy of chromosome 21, the substan-tial advances in the human genome sequencing have allowed us to go further and discover that this chromo-some contains around 230 genes encoding proteins. “We think of Down syndrome as a problem of gene dosage and believe that an extra copy of one or more of these 230 genes is what explains the various pheno-types associated with this condition” summarizes the expert at the Francis Crick Institute.

From that knowledge, some questions arose. If Down syndrome has such diverse features and there are so many genes involved, science has to find out what the specific gene responsible for each feature was and how its increase was associated with the disease. “If we know this, we could rationally develop therapeutic approa-ches for each of these phenotypes, and that has been the main focus of our work,” summarizes Tybulewicz.

Baseline information is already available. There is a list with the 230 genes involved in the various effects of the syndrome, but the most important thing is still pending: to assign each gene to its correspon-ding phenotype. To do so, underlines Dr. Tybulewicz, human genetics may be used. And the observation of these genetic data has helped a lot in the understan-ding of this condition.

As this expert says, there are people who suffer from Down syndrome but have a partial rather than a complete chromosome trisomy. It is an extremely rare scientific event, since it only affects around 100

“We think of Down syndrome as a problem of gene dosage and believe that an extra copy of one or more of these 230 genes is what explains the various phenotypes associated with this condition.”

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Mouse genetics to understand Down syndrome | Victor Tybulewicz

people worldwide, but it has thrown light on the genes that are most involved in the condition, as the genomic sequencing of their chromosome 21 was compared with the genomic sequencing of those with a complete trisomy, thus allowing the identification of the regions that contribute mostly to the problems.

This scientific approach began about 25 years ago and, at first, it seemed to simplify things greatly, since it defined what is termed as the critical region of Down syndrome, which only contained around 33 genes, a relatively small number. However, subsequent inves-tigations published in 2009, with further advances in the genomic mapping and further analyzed cases of partial trisomy, were discouraging and it was clear that the situation was far from being simple.

It was when the need for creating animal models of Down syndrome became even more evident, and the mouse model was chosen for that purpose, since it is a mammal and has a physiology relatively similar to that of humans: it has a brain and can learn different behaviours. Although there is a difference of 80 million years of evolu-tion, this is a relatively small figure in evolutionary terms.

As Dr. Tybulewicz highlights, another reason supporting the use of this animal model is none other than the access to very sophisticated genetic engi-neering techniques, which allow the manipulation of the mouse genome, creating therefore, very similar models of the syndrome in this animal.

At first it may seem easy; if Down syndrome is known to be caused by an extra copy of chromosome 21, it would suffice to manufacture a genetically engineered mouse with this chromosome trisomy. However, the fact that the mouse is the best model for studying this condi-tion does not imply that it is the same as the human. It was soon observed that genes of chromosome 21 in humans were distributed in three separate regions of the murine chromosomes, 10, 16 and 17. “It is a compli-cated picture,” acknowledges Tybulewicz. The reason: the parallelism is far from perfect.

Although there was also an approach developing a mouse with an extra human chromosome, it has not been the most researched option. Transgenic mice have been the most used rodents, since they have duplicated mice chromosome regions which are orthologous for chromosome 21. This has increased the number of genes –from two to three– in those areas, mimicking what happens in individuals affected by Down syndrome.

Dr. Tybulewicz’s laboratory in collaboration with Elizabeth Fisher, a researcher at the University College of London, has developed a strain of transgenic mice with a duplication of the regions of the murine chro-mosome 16, which are orthologous to human chro-mosome 21. This murine strain is called Cp1Tyb, but his research has not stopped there.

Scientists have segmented and broken down these regions into three areas. Thus, they have created new strains of transgenic mice –up to nine– which have served to create a genetic mapping panel that is allowing them to investigate dosage-sensitive genes that contri-bute to the various Down syndrome phenotypes.

“We have used these mice to see what happens in each area of the chromosome, from what affects the learning process and memory, or what processes the electrical activity in the brain, the motor coordina-tion –ability to use limbs correctly, to walk and keep balance–, to the cardiac development and we have

“Having a mouse with an extra copy of chromosome 21 is not enough, because mouse genes in humans are distributed in three separate regions of three murine chromosomes: 10, 16 and 17.”

DOWN SYNDROME

even begun to study craniofacial changes and the neurodegeneration that may be related to Alzheimer’s and dementia” says Dr. Tybulewicz about his work.

An example of his recent research may be seen on his works with these mouse strains on the conge-nital heart defects that 40% of individuals with Down syndrome have.

A healthy human heart has four chambers –right and left atrium and right and left ventricle– which are separated by muscular walls. The two major heart problems in Down syndrome are called ventricular septal defect and atrioventricular defect, involving a rupture of the wall separating these chambers.

What Tybulewicz and his collaborators are doing is modelling those cardiac birth defects in mice trying to decipher what dosage-sensitive genes are required for this to occur. Once they are identified, it must also be determined how they cause the disease.

To further advance his work, British researchers have used a cutting-edge three-dimensional imaging

technology that allows them to see in great detail the mouse heart structure and to accurately identify any type of heart defect.

After breaking down in mapping regions the results offered by the images, it was observed that a single region, Dp3Tyb, with only 39 genes can cause these congenital heart defects.

But in Down syndrome research, things are never as they seem at first sight. Dr. Tybulewicz’s team analyzed the results of another researcher, Dr. Roger Reeves of Johns Hopkins University. He had developed another animal model of Down syndrome, which had a very similar but slightly shorter chromosome doubling. The heart defect was not seen in his animals with the same frequency.

This setback has not stopped the research in this field. This indicates, as the researcher of the British reference Centre states, that “there must be more than one gene and it must be located in different areas”. And this is what his team continues to look for nowadays, although there has been much progress already.

As Dr. Tybulewicz concludes, it is currently known that making animal models of Down syndrome is possible and that the various aspects of this condition may be modelled, including some of greatest concern such as learning and memory deficits and heart defects. It is also known that genetic techniques are useful for the study of this disease, in search of the dosage-sensitive genes, and that there are at least two different genes contributing to congenital heart problems that come with 40% of those affected by Down syndrome.

“It is currently known that it is possible to make animal models of Down syndrome and that the various aspects of this condition can be modelled, including some of the greatest concerns such as memory and learning deficits and heart defects.”

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Discovery of new drugsXavier Liogier d'ArdhuyCentral Nervous System main scientific researcher (Translational Medicine): Down syndrome and autism. Roche Innovation Centre in Basel, Switzerland

I n the progress observed in recent years on the research of Down syndrome, the pharmaceu-tical industry has also something to say. Around

nine years ago, one of the most important biomedical laboratories worldwide, the Swiss company Roche, decided to put emphasis on neurosciences, and speci-fically in the early development of drugs in this area. For this reason, Roche Pharma Research and Early Development (pRED) unit, specific for neuroscience, was created.

In turn, pRED focused on three fields of neuros-cience: psychiatric diseases –they began to look for medications for schizophrenia–, neurodegenerative diseases including but not limited to Alzheimer's and Parkinson's disease, and neurodevelopmental disor-ders, including Down syndrome.

Although this network has been recently created, Roche has been working in the central nervous system for years. In particular, they have a lot of experience in the GABAergic system, with the development of the known drug Valium®.

Many of the comorbidities observed in Down syndrome already have a treatment, but the only domain for which there is no drug yet is related to cognition and adaptive behaviour, two elements that are essential when defining intellectual disability. Thus, Roche is focused on the search for a compound that could solve these two aspects.

The first animal model for Down syndrome was created in 1980, the Ts65Dn mouse, which was a great

incentive for research in this field, also for the pharma-ceutical industry. The model can be used to mimic the phenotypes or symptoms seen in humans, and also to test different molecules and evaluate if the phenotypes we have in different animal models improve.

Focusing on the GABAergic system and, in parti-cular on the GABA receptor itself, it is important to remember the discovery made by Roger Reeves’ team at Johns Hopkins University, regarding connec-tion deficits amongst neurons in people with Down syndrome, a decrease that occurs at the time of brain development. This implies an imbalance between the excitatory and inhibitory systems, so the GABAergic system is crucial in this regard.

Xavier Liogier d'Ardhuy

DOWN SYNDROME

“We thought that if we could find a molecule that would reduce the power of these receptors and what they trigger, as it is done for example in the ovarian inhi-bition, we should be able to restore the balance between the inhibitory and excitatory systems”, states Dr. Liogier.

Before developing a specific treatment, Roche researchers tested another existing compound, a GABA receptor antagonist called pentylentetrazol (PTZ). Its effectiveness was evaluated by comparing the results obtained in mouse models for Down syndrome with those in wild-type mice (normal, without a tripled chromosome) when giving them a specific task, and in the short term by assessing the ability to recognize objects. It was noted that the hypothesis, the action on the GABAergic system and its receptors, might make sense because PTZ resulted in an almost complete recovery of the observed deficit in Ts65Dn mice.

“This was only the beginning of our work; the most important part was still pending, developing the compound. PTZ could not be used because it was not effective for a subunit of the GABA receptors and because it has important side effects, such as the ability to trigger epilepsy”, emphasizes Liogier.

Thus, Roche chemists designed the desired mole-cule, which was targeted to the alpha 5 GABA receptor subunit, also known as GABRA5. Thus, basmisanil was created, a compound that is being tested right now for the treatment of Down syndrome in humans.

But before reaching the clinical phase, several experiments allowed us to take this step. First, its effec-tiveness at the cellular level was studied using hippo-campal cells of mouse models of the disease. Electro-physiology studies were also performed in those very same cells and it was noted that their level of activity increased after being exposed to the compound.

The next step was to study basmisanil in live animals. Specifically, mice underwent a known test to measure cognitive capacity, the Morris test, which consists of placing subjects in a pool which they have to cross by finding a platform that is at water surface level. As expected, before pharmacological interven-tion Ts65Dn mice needed more time to complete the task than the wild-type mice, but after the adminis-tration of the compound, they completed it almost at the same time. “It was the second evidence that our compound could work”, stresses Liogier.

The next phase of the research involved moving on to the clinic settings. After analyzing the safety of the compound in healthy volunteers in phase I studies, the testing in adults began several years ago, in small studies that confirmed the safety and the optimal dose, which allowed continuing the research in a larger population as well as the design of paediatric studies.

In addition to classic clinical trials, Roche inno-vated in the research of this compound designing the so-called “no drug” studies or non-pharmacological studies that are currently ongoing. They consist of creating a set of scales to measure cognitive changes in people with Down syndrome, since, currently, there is no single measure meeting all the criteria for this purpose, among other reasons because the pheno-type of people with Down syndrome is very variable although they suffer from the same disorder. “We could not decide which scale to use to demonstrate a potential improvement, hence the need for these non-pharmacological studies. Now it is clear to us”, says the Roche researcher who underlines that the

“We thought that if we could find a molecule that could reduce the power of these receptors and what they trigger, as it is done for example in the ovarian inhibition, we should be able to restore the balance between the inhibitory and excitatory systems.”

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Discovery of new drugs | Xavier Liogier d'Ardhuy

results of these studies may be useful for other research groups or to evaluate other molecules.

The assessment of the responsible physician along with the direct measurements obtained in the VABS II scale is what Roche is using to show if their drug for Down syndrome causes a cognitive improvement in patients.

To establish the scales to be used, they had to fulfill the following require ments: be appropriate, be able to confirm the adaptive behaviour profile, be sensitive to age differences and remain stable over time. Based on these criteria, it was established that one of the main parameters to measure the effectiveness of basmisanil in studies conducted thereafter would be Vineland adaptive behaviour scales II (VABS II). But also the Clinical Global Impression – improvement (CGI-I) scale was considered. The measurement with this test is obtained once the doctor involved in the interven-tion talks with the parents of clinical trial volunteers and evaluates the changes that have occurred since the first visit. This assessment, together with the direct measurements obtained with the VABS II scale, is what Roche is using to show if their drug for Down syndrome causes a cognitive improvement in patients.

For the researchers of the Swiss laboratory, it is very important to ensure that the improvement obtained in these scales results in an improvement in the quality of

life of people with Down syndrome, as well as that of their parents and caregivers. In fact, Roche has a team specialized in validating quality of life scales, not only in neuroscience but in all areas. “We want to ensure that what we do has an impact.” concludes Liogier.

The largest clinical trial of their drug to date is called CLEMATIS, which is still ongoing. Therefore, it cannot be predicted if the drug will be effective in humans or the date that this information will be avai-lable, although it is expected that in June 2016 the available data will allow us to go further in the clinical research of basmisanil.

A paediatric study in children aged between 6-11 years started in December 2015, which was preceded by another non-pharmacological study to evaluate the adaptability of validated scales to measure the effec-tiveness of the drug in adults and to know if they are reliable when it comes to doing the same in children.

The insistence on the implementation of these non-pharmacological studies caught the attention of the US National Institutes of Health (NIH), which have invited the Swiss biomedical company to parti-cipate in a specific working group on the development of valid efficacy measures in clinical trials for Down syndrome. It is something about which Roche has also spoken with the regulatory health authorities, the EMA in Europe and the FDA in the United States.

“This was only the beginning of our work; the most important part was still pending, developing the compound. PTZ could not be used because it was not effective for a subunit of the GABA receptors and because it has important side effects, such as the ability to trigger epilepsy.”

“The assessment of the responsible physician along with the direct measurements obtained in the VABS II scale is what Roche is using to show if their drug for Down syndrome causes a cognitive improvement in patients.”

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Some years ago, in the laboratory of the biophysi-cist and physician, Alberto Costa, a paradox occurred. A young woman was undergoing poly-

merase chain reaction tests, known as PCR, while geno-typing tests were done in Ts65Dn mice. The funny thing is that both shared an essential feature: an extra copy of a chromosome; in the mouse model it was of chro-mosome 16 and in the girl, of chromosome 21. The girl had Down syndrome and the mouse model was the first model of this condition in animals and the one that has allowed a significant step forward in the approach to a possible treatment for the condition.

The main character of this story is called Tyche and she is the daughter of Dr. Alberto Costa; she is also, as he acknowledges, the cause of going back to clinical medicine after completing a doctorate in Biophysics. “When she was born, in 1995, there was neither a cure nor a search for it”, says the researcher.

But if his daughter has had a lot to do with Dr. Costa becoming a leader in the clinical research on Down syndrome, mice have also played an important role. The Ts65Dn mouse model was produced in 1990 in the labo-ratory of Dr. Muriel Davisson, mentor of the physician and biophysicist. “No genetic engineering technique created the model, those were other times and the testi-cles of a set of animals were radiated until the anomalies we wanted to replicate were obtained,” says Costa.

Although the technique is not very accurate, the Ts65Dn model allows the copy of the extra chromo-

Clinical trials and basic mechanismsAlberto CostaResearcher in the Pediatric Department at Case Western Reserve University School of Medicine, Cleveland, Ohio, USA

some in Down syndrome. The main drawback is that it does not numerically represent all the genes involved in the condition in humans. But this animal research allowed a discovery that has proven to be essential over the years and it is the fact that individuals with Down syndrome have a dysfunction in the hippocampus.

It is a trait that was seen in the mouse for the first time and which was subsequently discovered in the cognitive profile of Down syndrome. Although those affected have an intellectual disability that tends to be global, cognitive function is most diminished in the hippocampus, something that also happens with

Alberto Costa

DOWN SYNDROME

functions that depend on the prefrontal cortex, as subsequent investigations showed.

It is important to remember the main functions of the hippocampus to understand the meaning of this finding. This area of the brain has an essential role when it comes to creating memories, making short-term experiences change their position and turning them into something the individual remembers. The goal is to encode those episodes in the correct storage place offered by the brain, and the hippocampus is involved in this process, as it is in spatial learning. This ability to properly encode experiences to become memories is something that people with trisomy 21 are not good at.

Genetics has also contributed to the advance in the understanding of Down syndrome. In fact, the second chromosome that was fully sequenced in the year 2000 was chromosome 21. A year later, the sequencing of the human genome was completed.

It took several years to determine the genes involved in Down syndrome, but as a result gene expression mapping could be done; however, these images provided no information. “We discovered the genes connected with the syndrome, but we did not have the slightest idea of the frequency with which molecules interacted with each other, what kind of interactions they had or their microenvironment. We had a very complex scene before us”, summarizes Dr. Costa.

Thanks to the sequencing of chromosome 21, gene expression mapping could be done which, in turn, defined a central node with a specific molecule that, due to its location, would have a special importance: calcineurin (CaN).

The work of Dr. Costa allowed establishing a connection between this molecule and NMDA recep-tors. These receptors may be modified pharmacolo-gically, both with investigational compounds such as MK801 or with marketed medications such as meman-tine, amantadine or ketamine. “Thus, the mechanism of action was quite attractive from the pharmacolo-gical viewpoint, which made that the possibility of acting on this molecule was easier than it might seem at first”, emphasizes Costa.

NMDA receptors could be defined as antennas in a communication system. They are glutamate recep-tors, a neurotransmitter that transmits coded informa-tion from one neuron to another. To make it simple, these antennas, that are the receptors of which there are several types, such as AMPA and NMDA, are needed. Dr. Costa's team thought of the latter as more attractive, since their activation allows the entry of a large amount of calcineurin, a molecule that plays an important role in the creation of memories.

One of the medications that act on NMDA, meman-tine, mimics the action of calcineurin on the receptor. In other words, it could help to properly store experiences.

“Our hypothesis is that the medication was going to improve learning and memory in the mouse model of Down syndrome and, to test this, we developed an experiment”, underlines Dr. Costa, who adds that a determining factor when choosing a medication is that its use in humans is already approved.

This experiment was conducted in mice, either modified with an extra chromosome or wild-type. One of the characteristics of these animals is that, when something scares them, they stand still; it is as if their movements were frozen. It is a mechanism that has

“We discovered the genes related with the syndrome, but we did not have the slightest idea of the frequency with which molecules interacted with each other, what kind of interactions they had or their microenvironment. We had a very complex scene before us.”

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Clinical trials and basic mechanisms | Alberto Costa

proven to be effective in avoiding predators in dange-rous situations. This same feature is also reproduced in humans, although for a much shorter time. Thus, individuals remain paralyzed for a few seconds before deciding what to do: ask for help or try to escape...

Given this equivalence between mice and humans, the authors of the research established this reaction as a parameter to measure the efficacy of the medication. If an animal knew that a situation was dangerous, it would usually freeze when the situation was repeated. If, despite knowing it, the animal did not stay still, it was likely to be due to its inability to remember that it had already been in that very same adverse circumstance.

The researchers applied a small electric shock to mice at the time they were put in a cage, a place where they would be put again 24 hours later. It caused them slight pain; just enough to let them know to be afraid should they return to that same space. Researchers saw that 55% of wild-type mice froze when they had to return to the cage. Ts65Dn mice were relaxed when they were placed back into the cage as if they had never been there before. They did not remember the electric shock they had received only 24 hours earlier.

The pharmacologic intervention was conducted both in wild-type animals (without chromosomal modification) and in models of Down syndrome. A memantine injection was administered before ente-ring the cage for the first time and another before returning. “The medication had no effect in the control animals but it had an effect in Ts65Dn mice;

this showed that we were correcting something that didn't work too well in these animals but it did in the control group,” summarizes Costa.

The strategy was tested in animals of all ages but, as the researcher points out, mice are not small people. It was time to take action in humans.

For that purpose, the scientists, led by Dr. Costa, asked the FDA (the agency that regulates clinical trials in the USA), for authorization. A randomized, double-blind, placebo-controlled study evaluating the efficacy and tolerability of memantine in enhancing the cogni-tive abilities of young adults –aged 18 to 32 years– with Down syndrome was designed.

Forty (40) patients were selected and the research was carried out successfully and was published in the Translational Psychiatry Journal. It was a 16-week clinical trial and it was important to have a primary outcome measure that would allow us to make a prediction based on the effectiveness of the medication. To  this end, several tests were used. Those allowing the  assessment of the primary effi-cacy outcomes were the Paired Associated Learning test (PAL) and the Pattern Recognition Memory test (PRM). Other tests used, this time to measure the secondary efficacy outcomes, were the California Verbal Learning Test Second Edition (CVLT-II), and the Rivermead Behavioural Memory Test, which also measures episodic memory.

“Our hypothesis is that the medication was going to improve learning and memory in the mouse model of Down syndrome and, to test this, we developed an experiment.”

“The medication had no effect in the control animals but it had an effect in Ts65Dn mice; this showed that we were correcting something that didn't work too well in these animals but it did in the control group.”

DOWN SYNDROME

Study participants underwent these tests before and after the trial. Their progression in the score obtained allowed researchers to conclude that the medication was effective.

However, the sponsors of the research were aware that in the 16 weeks the study lasted, there was no time for a substantial change in the ability to carry out certain tasks. “To do something, you need to know how to do it but also have the ability to perform it. There is a gap between the capacity and the ability to run a task”, emphasizes Dr. Costa.

Therefore, no big changes were expected. No risks were taken on the dose used and the authors observed the measures already approved by the FDA for the treatment of Alzheimer's disease: 5 to 10 milligrams in up to two shots a day. “Perhaps we should have changed it” speculates Costa. After some adjustments –two participants refused to continue and another was rejected– volunteers were divided into two groups: one of 19 members who took placebo and another of 18 members who were treated with the medication. As in all double-blind clinical trials, neither the partici-pants nor the researchers knew who was on each arm.

The only side effects observed were increased anxiety in two volunteers and signs of dizziness in another participant.

Although the improvement in cognition parame-ters was not very significant, some important advances were seen in the group treated with memantine. Most of them increased their cognitive functions, which was

reflected in a rise in the CVLT-II total score. Dr. Costa believes that the reduced number of patients negati-vely influenced the results and that a larger sample size would have allowed seeing more effects.

To remedy this situation, the researchers decided to carry out a second study with more volunteers. Speci-fically, the new clinical trial will have 200 participants, to be selected in Cleveland, where Dr. Costa works and in São Paulo, since the research is financed by the Brazilian Foundation Alana. Twenty (20) patients have been recruited so far, all in the USA.

The study design has some differences compared to the former study. In addition to the tests used in the first study, others tests such as TROG-II, PAL, DAS, Go-No Go, PPVT-IV, SIB-R, or SCARED will be used. “We have realized that one of the parameters that could be improved is the recall of digits, which is affected in Down syndrome. As some people consi-dered that this parameter is in the prefrontal memory, we have included a test that measures the performance in this area”, notes Costa.

In addition to a greater number and variety of tests, volunteers participating in this second trial will undergo seven magnetic resonance imaging (MRI) and a high-density electroencephalography along with something new, immune pluripotent cell cultures will be taken from participants’ samples.

With regards to the high-density electroencephalo-graphy, Dr. Costa says it is interesting because it allows measuring the disparity potential (MMN mismatch negativity), which is an endogenous auditory evoked potential obtained when passively listening to low probability sound stimuli. And regarding the need for MRIs, the researcher points out: “in addition to helping to establish certain correlations, this imaging test will allow us to see if treatment with memantine varies the size of the hippocampus, which seems possible accor-ding to the works carried out by Katherine Koenig, a researcher at my Center”.

“To do something, you need to know how to do it but also have the ability to perform it. There is a gap between the capacity and the ability to run a task.”

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Clinical trials and basic mechanisms | Alberto Costa

The emergence of pluripotent stem cells is new, especially the way they are obtained. Researchers are obtaining them from a simple urine test. After centrifuging the liquid, the researchers have been able to grow and cultivate kidney cells and turn them into pluripotent cells. “The idea is to generate cells that express themselves and have the same appearance as the neurons, but obtaining them from the patients’ urine,” summarizes Costa.

Scientists have already obtained beating cardiac myocytes from urine and they are about to publish the techniques they have used to achieve this, a non- invasive method which, today, has made it possible

to grow cells from 80% of the 20 participants already selected for the clinical trial.

When designing and carrying out this work, Dr. Costa and his colleagues considered it necessary to make a few remarks on research neuroethics in this field. “I believe that the time has come when people with Down syndrome are treated as they deserve, as valuable human beings that are part of our community and, as trial participants, guaranteeing their autonomy and dignity”, says the specialist.

To do so, all possible means (including the use of picto-grams and other ways of explanation) so that both parents and volunteers know what they are going to be involved in, must be used. In addition, it is important to preserve the identity of the participants. According to the authors of the first study, none of the participants changed after the administration of memantine, although two of them seemed to be more self-confident and more assertive, something that researchers do not consider as a change in personality and can even be positive to prevent abuse. “We support Hippocrates principle, Primum non nocere; first do no harm and always seek benefit”, concludes Dr. Costa.

“The idea is to generate cells that express themselves and have the same appearance as the neurons, but obtaining them from the patients’ urine.”

Mara Dierssen’s laboratory at the Centre for Genomic Regulation (CRG) in Barcelona is focused on two main areas that are of

great significance, learning and memory. “We want to understand their neurobiological basis, the processes by which our brains are capable of processing and understanding the information around us through intricate web-like neuronal assemblies, storing and subsequently using that information to organize certain responses and behaviours and adapt them to that environment” summarizes the researcher of the Catalonian centre.

The human brain, which is nothing more than a machine, is composed of several parts. On one side are the neurons, specialized cells whose function is to communicate with each other and process infor-mation, a process that is electrochemical in nature.

It consists of a synapse, a communication amongst neurons that result in the release of chemical subs-tances that awaken certain feelings in humans.

These molecules are released according to a series of neuronal discharge patterns, which are organized electric shock sequences happening in those neural circuits. “The interesting thing is that cognition and our behaviour are an emergent property of the system, they are not in the system, so understanding a single neuron or a single circuit will not allow us to under-stand cognition”, explains Dierssen.

We need to understand how cognition and beha-viour emerge from the intrinsic properties of neuronal

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Molecular mechanisms of learning in Down syndromeMara DierssenResearch group leader at the Centre for Genomic Regulation in Barcelona and President of the Spanish Society for Neurosciences, Spain

Mara Dierssen

“The most interesting fact is that cognition and our behaviour are an emergent property of the system; they are not in the system. Therefore understanding a single neuron or a single circuit will not allow us to understand cognition.”

DOWN SYNDROME

networks, such as neuron architecture or physiology, and that is precisely what neurobiology is trying to decipher.

The most important elements are neurons that, along with dendrites, form neural communication systems. Dendrites have membrane specializations called dendritic spines, which are the true points of information entry. Knowing their topology, how those dendritic trees are organized in space and their contact points is crucial.

Changes in that architecture can alter brain function and this is one of the mechanisms that makes people with Down syndrome unable to process infor-mation in the same way as a healthy person. This topo-logy leads to an organization of information in elec-trical terms. In fact, if electrodes are placed in the skull, you can see that there is a kind of electrical oscilla tion that can be registered that apparently correlates with certain cognitive activities and domains.

“This complex system that arises from the interac-tion with experience is also finely tuned by a process called neural plasticity”, says Dr. Dierssen, who adds that this is defined as the ability the brain has to change its structure and function at a local level in response to the experience and as a result of learning.

When the human brain is exposed to a particular experience, this experience may locally reshape the connectome, which is the connection diagram of the brain. That ability allows human beings to adapt and interact with the environment in an efficient way. On one hand, this plasticity means local changes in

connectivity and its implications in terms of improve-ment in the efficiency of the system. But there are also other processes that influence this adaptation, such as the addition of new neurons to the system, something that happens only in some areas of the brain and that was recently discovered, to the surprise of scientists.

An interesting feature of plasticity is that it is a phenomenon that occurs over a lifetime. Although generating connections, something that occurs during childhood, is very important, connectome depends entirely on the plasticity which, in turn, depends on activity and experience. “To some extent, we are the product of our activity and our experience,” summarizes Dierssen.

The molecular complexity of all that intricate of networks that composes the brain is immense. “We know that molecules are there, but are not always necessary, not all of them act at the same time or everywhere and, thus, it is very difficult to simplify the way to pharmacologically approach this type of process”, states the scientist.

The fact that Down syndrome involves three copies of chromosome 21 means that there is an overdosage of an entire group of normal, non-mutated proteins. The brain requires things to happen just right. This complex network of proteins that are over-expressed produces a series of very complex alterations present in a very large network of molecular cascades.

This phenomenon results in some cognitive pheno-types that, for example, render people with Down syndrome to be unable to properly organize informa-tion, as shown when they undergo a Rey-Osterrieth complex figure test, which is used to measure the degree of cognitive development in children. It seems that alterations in the dendritic trees, in that topology of neuron contact, are responsible for dysfunctions in the information processing to a certain degree.

Basically, what is seen in Down syndrome is that dendritic trees are less complex and fewer points of

“This complex system that arises from the interaction with experience is also finely tuned by a process called neural plasticity.”

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Molecular mechanisms of learning in Down syndrome | Mara Dierssen

contact are established, therefore the target area of each neuron is reduced; i.e., the brain can process less information, which in turn, and due to the plasticity, results in changes in the physiology of this organ.

The use of animal models has been essential in the advances of Down syndrome research in the clinical setting. In addition to trisomic Ts65Dn model, a whole set of aneuploidy animals (with a different number of chromosomes than the wild-type) has been created which has allowed us to understand the regions involved in the syndrome and also to understand its neurobiology.

These new models allow us to add three copies of a specific gene instead of the entire chromosome, making easy to see if the over-expression of a single gene is sufficient to generate the phenotypes.

From the moment the first animal model was created, it could be observed that trisomy produced phenotypes similar to that found in people with Down syndrome, with less complex dendritic trees and lear-ning and memory disabilities.

In order to continue advancing in the research, we had to find out which of the trisomy genes that alter molecular networks are causing the anomalies. They are called candidate genes.

After several investigations, Mara Dierssen’s team discovered their key candidate, protein Dyrk1A. This is the critical region of Down syndrome identified in

humans that participates in very important processes of the central nervous system, such as plasticity.

It was soon discovered than when mice were given an overdosage of protein Dyrk1A they had the same alterations as trisomic mice. It was observed that the overdosage of this protein caused neuron growth diffi-culties and a shortening of the distance dendrites had to travel.

Thus, the hypothesis posed that if the protein acti-vity was inhibited, this phenotype could be reversed and the neuronal phenotype normalized. Previous research had also shown that this phenotype was important because when altered it varied the size of entire regions of the brain, such as the hippocampus.

In fact, it was also seen that Dyrk1A influenced the imbalance between brain inhibition and excitation, a characteristic in many disorders resulting in intellec-tual disabilities.

In order to test this hypothesis, Dr. Dierssen’s team used several strategies. Firstly, they chose a genic therapy to reduce the extra copy of Dyrk1A and it was seen that the typical cognitive phenotype of the trisomic mice was reverted. But researchers had to use another strategy to prove their hypothesis in humans, since no genic therapy can be administered to patients.

A team of researchers from the French National Centre for Scientific Research, directed by Jean M. Delabar, published an article in PLoS One journal stating that a polyphenol present in green tea, Epigal-locatechin gallate, can inhibit the Dyrk1A kinase acti-vity and also cross the blood-brain barrier, i.e., it can

“In order to continue advancing in the research, we had to find out which of the trisomy genes that alter molecular networks are causing the anomalies.”

“We know that molecules are there, but are not always necessary, not all of them act at the same time or everywhere and thus it is very difficult to simplify the way to pharmacologically approach this type of process.”

DOWN SYNDROME

reach the brain. Since it is a nutraceutical product, its low toxicity is guaranteed.

“We saw that it improved learning disorders in mice so we directly assessed their hippocampus to determine if we were really inhibiting the activity of the protein. After administering the compound for a month, these mice were almost as the wild-type, which was reflected even in the whole structure of the brain; we were able to reverse that phenotype,” says Dierssen.

After a series of experiments, the researchers also saw that Epigallocatechin gallate not only acted on the Dyrk1A protein, but also at the epigenetic level, i.e., by influencing the way in which the synthesis of new proteins is modulated, acting on the synaptic contacts and on the neuron form, and having an effect on Dyrk1A and on cognition.

The next step in the research was to test the hypothesis in human beings, for which clinical trials were designed. They did not have curative purposes since the studies were going to be conducted in adults and all that has already happened during neurodevel-opment is difficult to recover. Thus, the objective was

to attain a cognitive improvement, something that can be very important for those with Down syndrome.

Firstly, a phase I trial was conducted to check the safety of the compound and it was seen that it didn't cause any side effects, in addition to having a certain level of efficacy.

The next step was to conduct a small study in 35 people lasting only three months. It was the prelude to a phase II clinical trial with nearly 100 people, which finally included 87 participants.

In order to avoid the placebo effect, volunteers were administered a pill without any active ingredient for one month, although they thought they were receiving the nutraceutical agent. Participants were then divided into two groups, but their families did not want them to solely receive a placebo, so both interventions were accompanied by cognitive stimulation. The question, therefore, was: does the compound together with cognitive stimulation provide a greater improvement than cognitive stimulation alone?

“Volunteers underwent several neuropsychological tests in addition to the analysis of certain biochemical biomarkers and an assessment of their neurophysio-logy. We wanted to determine the cortical excitability to see if we had re-established the excitation-inhibition balance and we also performed neuroimaging studies to see the connectivity”, summarizes Dierssen.

It was noted that the group receiving the compound added to cognitive stimulation showed a higher score in the Clinical Global Index (CGI). In addition, and after performing several tests, it was also seen that their quality of life and their adaptability to real life had improved.

The improvement was maintained up to six months after stopping the treatment. In terms of connectivity, it substantially improved especially in areas that had to do with cognitive abilities. In fact, it was noted that the use of more frontal zones was increased. “What we saw is that excitability is not corrected with cognitive

“We saw that it improved learning disorders in mice so we directly assessed their hippocampus to determine if we were really inhibiting the activity of the protein. After administering the compound for a month, these mice were almost the same as the wild-type, which was reflected even in the whole structure of the brain; we were able to reverse that phenotype. ”

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Molecular mechanisms of learning in Down syndrome | Mara Dierssen

stimulation alone but improves significantly when we put together the two treatments”, summarizes the CRG researcher.

In conclusion, the researchers have shown that the administration of Epigallocatechin gallate added to cognitive training improves not only some aspects of the cognitive function and the adaptive behaviour, but also normalizes cortical excitability and functional connectivity, which has been proven with neuroima-ging studies. In addition, some of these effects remain after treatment discontinuation.

In mouse models, this intervention has also reconnected molecular networks involved in plasti-city, which makes researchers think that Dyrk1A is probably a critical node in these networks, overlapping those modified after the environmental enrichment.

Authors consider that neurodevelopment is likely to be the time in which it is possible to intervene with more success, thus they are going to start a paediatric trial mid-year 2016.

While these results arrive, they also suggest possible advantages in the administration of the compound for age-related cognitive decline.

Having said that, they think that several factors should be considered in assessing this intervention, such as the fact that it will not have the same efficacy worldwide, as happens with any other drug and that both gender and some genetic modifiers may influence the outcome, variables all of which are being studied in Dr. Dierssen’s laboratory. This specialist also points out that, when designing interventions for Down syndrome, multifactorial treatments should be considered.

“We wanted to determine the cortical excitability to see if we had re-established the excitation-inhibition balance and we also performed neuroimaging studies to see the connectivity.”

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onModerator: Juan Carlos López

Round table: Victor Tybulewicz, Xavier Liogier d'Ardhuy, Alberto Costaand Mara Dierssen

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Juan Carlos López: Having heard all the lectures, I don't want to miss the opportunity to ask questions to our speakers. They have given us such deep lectures that I am sure they have raised questions.

In Spain, 95% of children with Down syndrome are not born because our society and specifically the Spanish Society of Gynaeco-logy and Obstetrics (SEGO) has an amazing screening system and finally only 5% of these children are born. As Alberto Costa said, these valuable human beings all have their dignity. How can all the scientific effort that has been revealed today be transferred to the society and the media to explain that, rather than a disease, Down syndrome is a specific human circumstance that can be improved?Alberto Costa: You have asked an interesting question, but nowa-days, the only possible answer is to give you a bit of hope. In the USA the life expectancy of those with Down syndrome has increased,

now an entire generation has grown up with them and there has been a change in attitudes. The number of pregnant couples who choose to have an abortion in the USA, simply because they have been given a diagnosis of Down syndrome, has decreased from 90-95% to 60-65%. People who grew up with people with Down syndrome have seen that they can

do more things and now think of them as individuals and as human beings. What any parent wants is to improve the life of his/her child, and now that we are identi-fying therapies, that there is some kind of hope that could potentially help them, I think the majority of parents will decide not to abort. That is what I think, although it might be naive on my part.

Discussion

Xavier Liogier d'Ardhuy, Juan Carlos López, Victor Tybulewicz, Mara Dierssen and Alberto Costa

DOWN SYNDROME

Mara Dierssen: In Spain, there is a change of tendency, although the data we have is not as clear as that of other countries. Having a treatment option is going to change things, as the fact that these people are progressively merging with society in a more normalized way and, in addition, we are realizing what they add, because the problem we have in our country is that we don't like diversity and that has to change. This requires a cultural change, but it is going to happen.

In the clinical trial in which memantine is being tested for Down syndrome, pluripotent stem cells are also being generated from the parti-cipants’ urine. What are you going to do with these cells?Alberto Costa: We want to compare these pluripotent stem cells with other cells. We know that there are people who respond well to treatment and others who do not and, if we could differentiate these cells, we may be able to predict who would be a good candidate to use this drug. In addition, we would like to develop some kind of study at a cellular level and investigate the function of glutamate receptor in human cells instead of murine cells to test certain theories on how Down syndrome occurs. We hope to create an accessible BioBank of these cells, which would contain very important

phenotypic information. The idea is to learn more about the history of those cells, which would be a good resource for all of us.Mara Dierssen: We are working along the same lines, but with another strategy, developing cells directly from neural precursors, because sometimes reprogram-ming causes changes in pheno-types that are difficult to avoid.

I have seen that you have a very promising compound which has passed directly to “in vivo” models. I want to know if there is any cell line that can generate phenotypes such as those of Down syndrome so tests may be performed in cell cultures that can help us identifying a good candidate before moving on to the preclinical research.Mara Dierssen: The problem is that what you see when analyzing cell lines and not animal or human models is not always evident. You can see if there is a response to triggers, but to jump from there into cognition is difficult. Although the growth of more neuron 'twigs', which may serve to make an appro-ximation, can be investigated, when growing neurons a change in the cell environment occurs, and we find substantial differences. All models are interesting, but we have to know their limitations because the extra-polation is not simple.

In this Conference various scien-tific initiatives to improve Down syndrome have been shown but, do you meet from time to time to try to join efforts?Victor Tybulewicz: The scientific adventure is not conducted by a single company, advances come from many different people, and the important thing is that there is communication. We commu-nicate by publishing articles and collaborating with other labora-tories; there are also conferences, and congresses such as the first Keystone Conference on Down syndrome which was held in New Mexico, from 24 to 27 January 2015. In addition, a year ago, the Trisomy 21 Research Society (T21RS), a forum in which resear-chers and families can participate, was created. Some individualism is needed but structures encouraging communication are also needed.

If the good results in the Epigallo-catechin gallate (EGCG) research are confirmed in the paediatric stage, will we get to the situation in which it will be possible to give the product to a pregnant woman before birth?Mara Dierssen: It is clear that it is our ultimate goal, because we are aware that part of the problems found in children and adults come from the prenatal stage and most

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Discussion

of the genes that have to do with synaptic plasticity are expressed during development, but the ques-tion is not as simple as it seems. I cannot answer to that in humans until it does in mice and then at a paediatric level. It means many years of research, and unfortu-nately the investigation is going slowly. On the academic side it goes even slower and in addition, research in Spain is not a priority, which slows things even more. Down syndrome is in no man's land, it is neither a rare disease nor is it very frequent and we compete with pathologies such as cancer or cardiovascular diseases for very little funding. Our idea is to try to improve things from the neuro-

development stage, the sooner the better. We have already started to study it in mice.

Down syndrome is not only a neurodevelopment problem but also a neurodegenerative one. Are any of these strategies addressing both fronts at the same time?Mara Dierssen: This is another topic that concerns us. We know that there is a genetic relationship between Alzheimer's disease and Down syndrome because, among other things, the amyloid precursor protein is located in chromosome 21 and we also know that there are other genes in this chromosome, such as Dyrk1A, which undergo changes during Alzheimer's disease.

We have tested Epigallocatechin gallate (EGCG) in animal models of Alzheimer's disease and it has been effective, but models of Alzheimer's disease are much more compli-cated than those of trisomy and the conclusions that can be obtained have their limitations. We have studied it in trisomic old mice and we have seen that it improves for several reasons, partly because of the inhibition of Dyrk1A, favou-ring the amyloid formation, but also because the EGCG activates the non-amyloidogenic pathway. However, we cannot tell if that is enough to reduce cognitive decline. The results in mice are promising, but we have to wait until we reach the clinical research phase.

DOWN SYNDROMEFROM THE MOLECULAR MECHANISMS TO CLINICAL TRIALS

Down Syndrome is a genetic alteration caused by an extra or partial copy of chromosome 21. It is the most frequent viable chromosomal alteration in human beings, which affects more than 30,000 people in Spain, approximately one in every 750 births.

Although no cure has been developed for Down syndrome, recent studies are working on furthering our knowledge of the mechanisms that cause the symptoms and on identifying the genes that produce an abnormal amount of proteins. The result of these studies could provide information about the cell pathways and processes involved in this disorder and would allow us to harbour hopes of achieving future treatments that would alleviate at least some of the symptoms.

DE LOS MECANISMOS MOLECULARES A LOS ENSAYOS CLÍNICOS

El síndrome de Down es una alteración genética originada por una copia extra del

cromosoma 21 o un fragmento de este. Se trata de la alteración cromosómica viable

más frecuente en los humanos, que en España afecta a más de 30.000 personas,

aproximadamente uno de cada 750 nacimientos.

Aunque no se ha desarrollado ninguna cura para el síndrome de Down, recientes

estudios trabajan en el conocimiento de los mecanismos que originan los síntomas

y cómo identificar los genes que producen una cantidad anómala de proteínas. El

resultado de estos estudios podría proporcionar información sobre las rutas y procesos

celulares involucrados en el trastorno, y permitiría albergar esperanzas sobre futuros

tratamientos que paliaran al menos alguno de los síntomas.

Síndrome de Down