Exosomas y biomarcadores: futuras herramientas para diagnosticar la epilepsia idiopática en perros

Adelaida Hernaiz¹, Mireya García Gracia¹, Sylvia García Belenguer², Inmaculada Martín Burriel^1
1Laboratorio de Genética Bioquímica (LAGENBIO), Departamento de Anatomía, Embriología y Genética Animal. Facultad de Veterinaria de Zaragoza. Instituto Agroalimentario de Aragón IA2, Universidad de Zaragoza.
²Departamento de Patología Animal. Facultad de Veterinaria de Zaragoza. Hospital Veterinario de la Universidad de Zaragoza (HVUZ). Instituto Agroalimentario de Aragón IA2, Universidad de Zaragoza.
Imágenes cedidas por las autoras

¿Qué es la epilepsia idiopática canina?

La epilepsia idiopática (EI) se define como una enfermedad neurológica caracterizada por convulsiones recurrentes sin una causa estructural o metabólica identificable¹. Aunque existen razas especialmente predispuestas, como el border collie, el pastor alemán o el golden retriever, puede aparecer en cualquier raza o perro mestizo².

Además de su causa desconocida, la resistencia al tratamiento es otro gran desafío en los perros con EI: se estima que un 30 % de los pacientes no responden bien a los tratamientos actuales³. Esto representa un riesgo importante para su salud ya que, cuando la epilepsia no se controla, las convulsiones pueden volverse más frecuentes y graves, lo que puede provocar daños permanentes e incluso una muerte prematura⁴.

Esta patología no solo afecta a la calidad de vida del animal, sino también a la de sus propietarios, que deben afrontar el impacto emocional de ver a su perro convulsionar, junto con la incertidumbre del diagnóstico y el tratamiento. Por eso, encontrar métodos que ayuden a identificar la enfermedad precozmente y a mejorar su manejo es una prioridad en la profesión veterinaria.

¿Qué es un biomarcador y por qué es tan importante?

Un biomarcador es una señal biológica o molécula medible que indica la presencia o el desarrollo de una enfermedad⁵. Su detección en fluidos biológicos accesibles como la sangre, la saliva, la orina o el líquido cefalorraquídeo⁵ facilita su aplicación clínica.

En el caso de la EI canina, identificar biomarcadores fiables abriría la puerta a un diagnóstico temprano, a predecir qué perros responderán mejor al tratamiento o incluso a anticipar la evolución de la enfermedad.

Aunque actualmente no contamos con biomarcadores validados para esta enfermedad, los avances en biología molecular están permitiendo explorar nuevas vías prometedoras. Una de ellas es el análisis del contenido de exosomas, pequeñas vesículas extracelulares transportadoras de moléculas que participan en la comunicación celular.

El papel de los exosomas y los microARN en la detección de biomarcadores

Los exosomas son un tipo de vesículas extracelulares, es decir, pequeñas esferas liberadas por las células, que transportan distintos tipos de moléculas (imagen 1). Su contenido varía según el tipo de célula de origen y el estado de salud del individuo, lo que los convierte en una valiosa fuente de información sobre lo que ocurre dentro del cuerpo^6,7. Por eso, actualmente los exosomas están siendo muy estudiados como posibles fuentes de biomarcadores. Además, tienen la ventaja de poder extraerse fácilmente de líquidos corporales como la sangre, la orina o el líquido cefalorraquídeo^6,7.

Una de las características más interesantes de los exosomas es que pueden atravesar la barrera hematoencefálica, actuando como mensajeros entre el cerebro y el resto del cuerpo⁸. En su interior, pueden transportar proteínas, lípidos y material genético como los microARN (miARN)⁷.

Los microARN son pequeñas moléculas de ARN que no codifican proteínas, pero desempeñan un papel esencial en la regulación de la expresión de ciertos genes dentro de las células. A pesar de su tamaño reducido, entre 20 y 24 nucleótidos, tienen un gran impacto en numerosos procesos biológicos, incluyendo el desarrollo y el funcionamiento del sistema nervioso⁹.

Estas moléculas se encuentran no solo en los tejidos, sino también en fluidos corporales como la sangre o el suero, lo que permite su detección mediante métodos no invasivos. Esta accesibilidad, sumada a su estabilidad y especificidad, convierte a los microARN en excelentes biomarcadores⁹.

En los últimos años, se ha demostrado que ciertos perfiles de microARN pueden reflejar la aparición de enfermedades en etapas muy tempranas, así como su evolución a lo largo del tiempo, el pronóstico del paciente o incluso la respuesta a los tratamientos⁹. Esta información resulta especialmente valiosa en enfermedades complejas como la epilepsia idiopática canina, donde no siempre es fácil llegar a un diagnóstico preciso y las respuestas al tratamiento pueden variar mucho entre individuos.

Estudios recientes sugieren que los microARN presentes en exosomas podrían estar implicados en los procesos que desencadenan las crisis epilépticas¹⁰. En perros con epilepsia idiopática, analizar el contenido en microARN de los exosomas podría ayudarnos a identificar patrones moleculares asociados a la enfermedad, predecir la evolución de los pacientes e incluso anticipar si responderán bien o no a los tratamientos disponibles.

Aplicación de los biomarcadores en la práctica veterinaria: diagnóstico, tratamiento y pronóstico

La identificación de biomarcadores diagnósticos y pronósticos tiene tres aplicaciones prácticas:

• Diagnóstico temprano: permitiría la detección precoz de la epilepsia idiopática y evitaría su posible confusión con otras enfermedades neurológicas o metabólicas.
• Predicción del pronóstico: algunos biomarcadores podrían ayudar a anticipar cómo evolucionará la enfermedad, permitiendo identificar aquellos casos con mayor riesgo de desarrollar formas más graves o resistentes al tratamiento.
• Seguimiento del tratamiento: algunos biomarcadores podrían utilizarse para evaluar la respuesta a la medicación.

Además, ciertos biomarcadores como los microARN no solo sirven para diagnosticar la enfermedad, sino para entender mejor sus mecanismos, por lo que también podrían convertirse en futuras dianas terapéuticas. Modificar su expresión en las células podría ayudar a controlar los mecanismos implicados en la epilepsia y abrir nuevas vías de tratamiento.

¿Qué hemos descubierto hasta ahora?

En nuestro grupo de investigación del Laboratorio de Genética Bioquímica (LAGENBIO), en colaboración con el Hospital Veterinario de la Universidad de Zaragoza (HVUZ), hemos llevado a cabo un estudio donde hemos analizado el contenido de miARN en exosomas aislados del plasma sanguíneo de perros con EI¹¹. Para este estudio contamos con la participación de 23 perros de diferentes razas clasificados en tres grupos: animales sanos, perros con EI que respondían al tratamiento y perros con EI resistentes al tratamiento, es decir, animales que seguían teniendo convulsiones a pesar de recibir varios fármacos antiepilépticos.

Una vez obtenidos los exosomas de cada una de las muestras, analizamos mediante PCR cuantitativa a tiempo real la expresión de siete microARN (miR-27a-3p, miR-103, miR-142, miR-93-5p, miR-16, miR-132, miR-574-3p), que ya habían sido relacionados anteriormente con la epilepsia en humanos y modelos animales^12,13. De estos siete, seis mostraron cambios significativos en los perros con EI (imagen 2).

En particular, los niveles de miR-16, miR-93-5p y miR-574-3p estaban notablemente reducidos en los perros con epilepsia resistente al tratamiento, en comparación tanto con los perros sanos como con aquellos que sí respondían bien a la medicación. También se observó una disminución de miR-27a-3p en los perros con epilepsia resistente respecto al grupo control. Por otro lado, miR-142 mostró un descenso significativo en ambos grupos de perros epilépticos (sensibles y resistentes) comparado con los perros sanos. El único microARN que apareció en niveles más altos fue miR-132, y este aumento se dio únicamente en los perros con epilepsia resistente al tratamiento en comparación con los que respondían bien a la medicación.

Para evaluar la utilidad de estos microARN como biomarcadores, realizamos un análisis estadístico conocido como curvas ROC, una herramienta que permite medir la capacidad de una prueba para distinguir entre distintos grupos (por ejemplo, entre perros sanos y con epilepsia, o entre perros que responden o no al tratamiento).

Los resultados obtenidos fueron prometedores. Cuando se compararon los perros sanos con los que padecían epilepsia (sin importar su respuesta al tratamiento), la combinación de miR-93-5p, miR-142 y miR-574-3p mostró un alto poder diagnóstico, es decir, la mejor capacidad para diagnosticar la epilepsia idiopática. Por otro lado, al comparar perros epilépticos sensibles al tratamiento con aquellos resistentes, la combinación miR-132 y miR-574-3p destacó por su capacidad pronóstica, mostrando el mejor rendimiento para predecir la resistencia al tratamiento.

Estos hallazgos refuerzan el potencial de los microARN exosomales como herramientas prácticas en el diagnóstico y seguimiento de la epilepsia idiopática en perros, y abren la puerta a nuevas estrategias de manejo más personalizadas y eficaces.

Retos y próximos pasos: ¿qué queda por hacer?

Aunque los resultados de este estudio son muy prometedores, todavía existen varios retos importantes que deben superarse antes de que estas herramientas puedan aplicarse de forma rutinaria en la clínica veterinaria:

• Tamaño de muestra limitado: el estudio se realizó con un número reducido de perros, lo que hace necesario validar los resultados con grupos más amplios y diversos.
• Efecto del tratamiento: todos los perros epilépticos del estudio estaban en tratamiento, lo que podría haber influido en la expresión de los biomarcadores. Será clave incluir también perros sin tratar en futuros análisis para comprender mejor su papel en la enfermedad.
• Aplicación clínica: para que estos avances se integren en la rutina clínica, será necesario desarrollar pruebas que puedan aplicarse de forma práctica en colaboración con laboratorios especializados, y que además sean rápidas, fiables y coste-efectivas para los centros veterinarios.

A pesar de estos desafíos, el camino está trazado. Cada nuevo descubrimiento sobre los microARN y su papel en la epilepsia idiopática nos acerca a una medicina veterinaria más precisa, personalizada y preventiva, en la que podamos ofrecer a cada perro el tratamiento que realmente necesita, desde el primer momento.

Referencias:

1. Berendt, M. et al. International veterinary epilepsy task force consensus report on epilepsy definition, classification and terminology in companion animals. BMC Vet. Res. 11, (2015).
2. Hülsmeyer, V. I. et al. International Veterinary Epilepsy Task Force’s current understanding of idiopathic epilepsy of genetic or suspected genetic origin in purebred dogs. BMC Vet. Res. 2015 111 11, 1–28 (2015).
3. Muñana, K. R. Management of refractory epilepsy. Top. Companion Anim. Med. 28, 67–71 (2013).
4. Wessmann, A., Volk, H. A., Parkin, T., Ortega, M. & Anderson, T. J. Evaluation of quality of life in dogs with idiopathic epilepsy. J. Vet. Intern. Med. 28, 510–514 (2014).
5. Rachakonda, V., Pan, T. H. & Le, W. D. Biomarkers of neurodegenerative disorders: How good are they? Cell Res. 14, 349–358 (2004).
6. Hessvik, N. P. & Llorente, A. Current knowledge on exosome biogenesis and release. Cell. Mol. Life Sci. 75, 193–208 (2018).
7. Zhang, J. et al. Exosome and exosomal microRNA: Trafficking, sorting, and function. Genomics, Proteomics Bioinforma. 13, 17–24 (2015).
8. Kalani, A., Tyagi, A. & Tyagi, N. Exosomes: Mediators of neurodegeneration, neuroprotection and therapeutics. Mol. Neurobiol. 49, 590–600 (2014).
9. Wu, Y. et al. Circulating microRNAs: Biomarkers of disease. Clin. Chim. Acta 516, 46–54 (2021).
10. Batool, A. et al. Altered Biogenesis and MicroRNA Content of Hippocampal Exosomes Following Experimental Status Epilepticus. Front. Neurosci. 13, (2020).
11. García-Gracia, M. et al. Analysis of Plasma-Derived Exosomal MicroRNAs as Potential Biomarkers for Canine Idiopathic Epilepsy. Animals 14, 252 (2024).
12. Ioriatti, E. S. et al. Expression of circulating microRNAs as predictors of diagnosis and surgical outcome in patients with mesial temporal lobe epilepsy with hippocampal sclerosis. Epilepsy Res. 166, (2020).
13. Brennan, G. P. et al. Genome-wide microRNA profiling of plasma from three different animal models identifies biomarkers of temporal lobe epilepsy. Neurobiol. Dis. 144, (2020).