Nuevo avance en el desarrollo de cerebros de laboratorio

Uno de los principales objetivos de la investigación con células madre es el desarrollo de partes del cuerpo humano en laboratorio, para sustituir partes naturales que hayan sido dañadas. Un objetivo que suena a ciencia ficción.

De todo el cuerpo, el sistema nervioso presenta mayor dificultad de “copia”, sin embargo. La principal causa es que para ello se requiere no solo de la fabricación de neuronas (las células que lo componen), sino también de las conexiones que las neuronas establecen entre ellas.

Ahora, investigadores del Centro de Biología del Desarrollo RIKEN de Kobe (Japón) han dado un paso en esta dirección, al conseguir inducir la autoorganización de células madre embrionarias en una estructura tridimensional similar al cerebelo, que es la región del encéfalo responsable de integrar las vías sensitivas y las vías motoras.

En un comunicado del Instituto RIKEN se explica cómo se alcanzó este logro: aplicando diversas moléculas de señalización (que propician una respuesta celular) a un cultivo 3D de células madre embrionarias.

Dichas moléculas hicieron que las células se diferenciaran (se transformaran) en neuronas funcionales del cerebelo. Pero, además, provocaron que las nuevas neuronas se organizaran generando un patrón dorsoventral y una estructura multicapas similares a las que desarrolla el cerebelo al crearse naturalmente.

‘Fabricación’ de neuronas

Para impulsar la diferenciación celular, los científicos japoneses usaron en primer lugar el factor de crecimiento de fibroblastos 2 (FGF2), una proteína que ya sabían (por experimentos previos con ratones) hace que las células madre embrionarias se conviertan en neuronas particulares de la región del cerebelo.

Cuando se producen cambios morfológicos en las células que participan en la neurogénesis (o formación de nuevas neuronas), estas expresan temporalmente unos marcadores proteicos que permiten identificar cómo están cambiando.

Los investigadores constataron que el FGF2 había conseguido que las células madre embrionarias expresaran, por un lado, marcadores de neuronas de la capa neuroepitelial del cerebelo. También marcadores tempranos de neuronas de Purkinje, de células granulosas o de neuronas de proyección; todas ellas típicas de esta región del encéfalo.

Por otra parte, cuando los científicos observaron las neuronas del cerebelo ya maduras, encontraron que habían desarrollado además estructuras características de las neuronas de Purkinje y generado fibras similares a las fibras paralelas de las células granulosas.

Tras 15 semanas de cultivo, se hicieron además registros electrofisiológicos de las células. Estos revelaron que las nuevas neuronas tenían respuestas adecuadas, necesarias para la señalización neuronal del cerebelo. Es decir, que su función se había desarrollado junto con su estructura.

Una estructura modélica

En cuanto a la organización entre neuronas, los investigadores consiguieron generar una estructura neuroepitelial continua con las células madre embrionarias tratadas con el FGF2 añadiendo otro factor de crecimiento de fibroblastos, el FGF19, y el factor derivado de células estromales-1 (SDF1).

Consideran que el desarrollo de esta estructura respondió a “principios de autoorganización” y, por tanto, constituye un modelo útil para la modelación de enfermedades del cerebelo, como la ataxia espinocerebelosa.

En un futuro, también podrían constituir modelos de estudio –en este caso, de otras partes del cerebro como la corteza- unos ‘organoides cerebrales’ creados en 2013, por otro grupo de investigadores. Estos organoides fueron desarrollados también con células madre y en un cultivo tridimensional. Sus tejidos se asemejaban a las primeras etapas de formación del cerebro humano.

Referencia bibliográfica:

Keiko Muguruma, Ayaka Nishiyama, Hideshi Kawakami, Kouichi Hashimoto, Yoshiki Sasai. Self-organization of polarized cerebellar tissue in 3D culture of human pluripotent stem cells. Cell Reports (2015). DOI: 10.1016/j.celrep.2014.12.051.