Imitan los inicios del sistema nervioso central cultivando organoides humanos

Según un nuevo estudio, el primer modelo de cultivo organizado de células madre que se asemeja a las tres secciones del cerebro embrionario y la médula espinal, permitiendo imitar el funcionamiento del sistema nervioso central humano es sus inicios, podría arrojar luz sobre las enfermedades del desarrollo cerebral.

Un equipo multidisciplinario de científicos de la Universidad de Michigan y la Universidad de Pennsylvania, ambas en Estados Unidos, y el Instituto de Ciencias Weizmann, en Israel, ha desarrollado el primer método de cultivo de células madre que produce un modelo completo de las primeras etapas del sistema nervioso central humano, incluyendo un mini cerebro y la médula espinal.

Los organoides son modelos 3D en miniatura realizados con tejidos vivos y diseñados específicamente para imitar la complejidad y las características únicas de los órganos humanos. Estos mini órganos buscan replicar la biología humana con una mayor precisión que los modelos animales utilizados tradicionalmente por la ciencia, abriendo la puerta a nuevas aplicaciones para el desarrollo de fármacos o para el descubrimiento de nuevos tratamientos contra diferentes enfermedades.

Un proceso único

Aunque ya se han cultivado organoides cerebrales, mini corazones palpitantes o pequeños testículos en el marco de investigaciones previas, los creadores del nuevo modelo sostienen que es la primera ocasión en la cual las tres secciones del cerebro embrionario y la médula espinal se han imitado en un laboratorio. Así lo indican en un nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Nature.

Según se explica en una nota de prensa, el modelo comenzó con una fila de células madre, aproximadamente del tamaño del tubo neural que se encuentra en un embrión de 4 semanas de edad, con alrededor de 4 milímetros de largo y 0,2 milímetros de ancho. Los investigadores adhirieron las células a un chip con patrones de pequeños canales, que se utilizaron para introducir distintos materiales. Los mismos hicieron posible que las células madre crecieran, guiándolas hacia la construcción de un sistema nervioso central.

Posteriormente, los científicos sumaron un gel que permitió que las células crecieran en tres dimensiones, junto a señales químicas que las empujaron a convertirse en los precursores de las células neuronales. En respuesta a esto, las células conformaron una estructura tubular. El proceso continuó con la introducción de señales químicas, que ayudaron a las células a identificar dónde estaban dentro de la estructura y así progresar a tipos de células más especializadas. A partir de este progreso, el sistema se organizó para imitar el cerebro anterior, el mesencéfalo, el cerebro posterior y la médula espinal, de una forma que refleja el desarrollo embrionario humano.

El sistema de organoides tiene el potencial de mejorar nuestro conocimiento sobre el desarrollo del cerebro y las enfermedades relacionadas. Créditos: Michigan Engineering / YouTube.

Nuevos conocimientos y aplicaciones

El equipo de especialistas cultivó las células durante 40 días, simulando el desarrollo del sistema nervioso central a aproximadamente 11 semanas después de la fertilización. Durante este período, los investigadores lograron demostrar las funciones de genes específicos en el desarrollo de la médula espinal, además de aprender cómo algunos tipos de células en el sistema nervioso humano temprano se diferencian en distintas variedades especializadas.

Los científicos remarcaron la importancia de este tipo de desarrollos con relación a los modelos animales, que tienen grandes desventajas en cuanto a sus diferencias con la biología humana, impidiendo probar directamente nuevos tratamientos o fármacos. Ahora, el equipo planea aplicar el nuevo modelo para estudiar diferentes enfermedades del cerebro humano, utilizando células madre derivadas de pacientes.

Referencia

A Patterned Human Neural Tube Model Using Microfluidic Gradients. Jianping Fu, Xufeng Xue et al. Nature (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-024-07204-7