Cultivan organoides en laboratorio que evolucionan como los cerebros de los bebés

«Hasta ahora, nadie ha cultivado y caracterizado estos organoides durante tanto tiempo, ni se había demostrado que siguieran de forma tan parecida el desarrollo del cerebro humano en un laboratorio», explica Daniel Geschwind , de UCLA y uno de los autores principales del estudio. «Hemos demostrado que estos organoides pueden madurar y replicar muchos aspectos del desarrollo humano normal, lo que los convierte en un buen modelo para estudiar enfermedades humanas en laboratorio».

En concreto, estos organoides -«que nunca podrían llegar a formar un cerebro completo», señalan los autores- se crearon utilizando células madre pluripotentes inducidas , llamadas células iPS , extraídas de células madre a partir de la piel o de la sangre humanas . Una vez seleccionadas, los científicos pueden crear cualquier tipo de célula a partir de ellas, por lo que es un método muy eficaz para estudiarlas en el laboratorio.

Estas células iPS, que en realidad forman una especie de «mancha» o «gota» tridimensional de unos pocos milímetros de diámetro, se expusieron después a una mezcla de sustancias químicas que las 'incita' a convertirse en células de una determinada zona del cerebro. «Por ejemplo, las células iPS parecidas a las células de la corteza cerebral las llamamos organoides corticales u organoides específicos de la región del cerebro », explica a ABC Sergiu Pasca , neurobiólogo de la Universidad de Stanford y uno de los autores del estudio. «Estos grupos de células se pueden mantener durante períodos de tiempo muy largos (hasta 2 años como mínimo ) y madurar lentamente a un ritmo similar al de la maduración de las células en la corteza humana».

Así es como observaron, por ejemplo, que estos organoides 'saben' cuándo cambiar la expresión de genes específicos que normalmente se transforman alrededor del nacimiento, es decir, a semejanza de los cambios genéticos naturales que se producen en un ser humano cuando llega al mundo. «Por lo tanto, creemos que hay un "reloj" que marca el tiempo. Sin embargo, no reciben la actividad que suelen recibir las células cerebrales y, por lo tanto, hay aspectos de la maduración que no están presentes en una placa de laboratorio». Es decir, en ningún caso se crearon cerebros completos, pero a través de ellas se podía seguir su evolución.

Los hallazgos no significan tampoco que estos organoides sean comparables de forma literal a un cerebro postnatal , advierte Pasca. Su actividad eléctrica no coincide con la de un cerebro maduro , por ejemplo, y el grupo de células carece de características clave, incluidos los vasos sanguíneos , las células inmunes y las entradas sensoriales . Sin embargo, lo sorprendente es que, incluso en las condiciones poco naturales de una placa de laboratorio, «las células simplemente saben cómo progresar», afirma el investigador.

Durante una década, los investigadores han estado cultivando organoides del cerebro humano para estudiar los trastornos neurológicos y del neurodesarrollo, como la epilepsia , el autismo y la esquizofrenia . Sin embargo, el problema es que existía la creencia de que estos modelos solo servían para monitorizar células en el desarrollo fetal . Este estudio muestra por primera vez que es posible hacer crecer las células hasta una madurez que permita a los científicos estudiar mejor las enfermedades que aparecen en la edad adulta, como la esquizofrenia o la demencia.

«Existe un gran interés en los modelos de células madre de enfermedades humanas -añade Geschwind-. Este trabajo representa un hito importante al mostrar qué aspectos del desarrollo del cerebro humano se modelan con la mayor fidelidad y qué genes específicos se comportan bien in vitro y cuándo es mejor modelarlos. De igual importancia, proporcionamos un marco basado en análisis genómicos no sesgados para evaluar qué tan bien los modelos in vitro modelan el desarrollo y la función in vivo ».

Los autores también proporcionan una herramienta llamada GECO que permite a los investigadores explorar sus genes de interés para medir la fidelidad entre el cerebro in vitro e in vivo. «Demostramos que estos organoides cerebrales en 3D siguen un reloj interno, que progresa en un entorno de laboratorio en paralelo a lo que ocurre dentro de un organismo vivo», afirma Aaron Gordon , de UCLA y primer autor del estudio. «Estamos un hallazgo notable: demostramos que alcanzan la madurez posnatal alrededor de los 280 días en cultivo, y luego comienzan a modelar aspectos del cerebro infantil, incluidos los cambios fisiológicos conocidos en la señalización de neurotransmisores».

El siguiente paso será observar si estos organoides pueden prosperar también a otras etapas cerebrales tras el nacimiento y si se pueden manipular «hacia atrás y hacia delante en el tiempo» para reproducir el periodo adecuado en el que se desarrolla una enfermedad.