Crean minicerebros con actividad neuronal compleja: hasta tienen convulsiones

Organoides cerebrales que muestran ondas organizadas de actividad eléctrica similares a las que se encuentran en los cerebros humanos vivos han sido desarrollados por especialistas de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA). Los nuevos minicerebros permitirían analizar los trastornos neurológicos en un modelo derivado de células madre.

Mientras estudiaban los organoides cultivados a partir de células madre derivadas de pacientes con el trastorno neurológico conocido como síndrome de Rett, los científicos pudieron observar incluso patrones de actividad eléctrica que se asemejan a las convulsiones, un sello distintivo de la enfermedad.

Según una nota de prensa, este descubrimiento incrementa el valor de estos modelos basados en células humanas para investigar las causas subyacentes de enfermedades y probar terapias potenciales. La nueva investigación ha sido publicada recientemente en la revista Nature Neuroscience.

Células sin límites

En términos generales, los organoides cerebrales o minicerebros de laboratorio son estructuras en 3D similares al cerebro, que se cultivan a partir de células madre humanas. Los avances en genética han derivado en la posibilidad de utilizar células madre pluripotentes inducidas (iPS), que además de tener la potencialidad de generar prácticamente cualquier otra célula humana, son capaces de organizarse de forma tridimensional y conformar estructuras semejantes a los órganos reales.

El progreso relacionado con las células iPS se ha concretado a partir de distintos avances realizados en la última década. ¿Cómo se obtienen? Básicamente, los investigadores descubrieron cómo tomar células del cuerpo de una persona o de las sustancias biológicas que produce, como por ejemplo las células de la piel o las células sanguíneas, para luego «transformarlas» genéticamente en el laboratorio.

Una vez concretado el proceso de modificación, esas células humanas «normales» se convierten en células madre pluripotentes inducidas. Posteriormente, las mismas pueden ser dirigidas para crear cualquier tipo de célula que se encuentra en el cuerpo, incluidas por supuesto las neuronas, y a partir de allí desarrollar estructuras complejas similares a órganos.

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Modelar la estructura y las funciones del cerebro

De acuerdo a los científicos, este trabajo demuestra que es posible crear organoides cerebrales o minicerebros que se asemejen al tejido cerebral humano real, los cuales se pueden utilizar para replicar con precisión ciertas características de las funciones cerebrales y también aquellas anomalías que derivan en enfermedades.

Sin embargo, los organoides cerebrales suponen un desafío extra en comparación con la creación de modelos de laboratorio de otros órganos humanos. Es que la complejidad estructural del cerebro es única e incluso mucho de los fenómenos implicados ni siquiera han terminado de entenderse en profundidad.

Además de lograr que las células se organicen como lo harían en un cerebro humano, los científicos deben conseguir que las neuronas se conecten entre sí, formen sinapsis y funcionen como lo harían en un cerebro real. Es básico replicar la actividad eléctrica y la dinámica de las ondas cerebrales, que se asocian con tareas específicas como aprender, recordar o dormir y que cuando no muestran patrones lógicos pueden estar indicando el surgimiento de alguna patología.

Precisamente aquí se encuentra la innovación principal de este estudio: haber conseguido que los minicerebros desarrollen actividad neuronal compleja y patrones eléctricos que incluso se asemejan a las convulsiones. Con estos organoides será posible modelar no solo la estructura del cerebro sino también la función, algo vital si consideramos que muchas enfermedades neurológicas no se manifiestan a nivel estructural.

Referencia

Identification of neural oscillations and epileptiform changes in human brain organoids. Samarasinghe, R.A., Miranda, O.A., Buth, J.E. et al. Nature Neuroscience (2021).DOI:https://doi.org/10.1038/s41593-021-00906-5

Foto: imagen de microscopio de un minicerebro que muestra tejido nervioso en capas y diferentes tipos de células cerebrales. Crédito: UCLA Broad Stem Cell Research Center/Nature Neuroscience.