Sección de un 'organoide cerebral' con regiones diferenciadas. En rojo se observan células madre neuronales y en verde, neuronas. / Madeline A. Lancaster . IMBA.
El desarrollo del cerebro humano es uno de los grandes misterios de la biología, pero un grupo de investigadores austriacos y británicos presentan esta semana en Nature una técnica para generar tejido cerebral que ayudará a avanzar en su estudio.
El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear ‘organoides cerebrales’ partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. Estas células madre se pueden obtener de embriones humanos o reprogramarse a partir de células adultas.
"Hemos generado un ‘neuroectodermo’, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso”, destaca el autor principal, Jürgen Knoblich, del IMBA, en un comunicado de este Instituto.
“Luego, los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer”.
“Para favorecer la absorción de los nutrientes –continúa–, transferimos después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya están formadas y definidas las regiones cerebrales”.
El equipo, liderado desde el Instituto de Biotecnología Molecular (IMBA) de la Academia Austriaca de Ciencias, ha conseguido crear ‘organoides cerebrales’ partiendo de un cultivo de células madre pluripotentes. Estas células madre se pueden obtener de embriones humanos o reprogramarse a partir de células adultas.
"Hemos generado un ‘neuroectodermo’, una capa de células de la que se deriva el sistema nervioso”, destaca el autor principal, Jürgen Knoblich, del IMBA, en un comunicado de este Instituto.
“Luego, los fragmentos de este tejido se mantienen en un cultivo tridimensional y se embeben en gotas de un gel que actúa de andamiaje para que pueda crecer”.
“Para favorecer la absorción de los nutrientes –continúa–, transferimos después las gotas de gel a un biorreactor giratorio, y en unas tres o cuatro semanas ya están formadas y definidas las regiones cerebrales”.
Regiones cerebrales diferenciadas
En los ‘organoides cerebrales’ resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).
Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente –en la actualidad hasta 10 meses– en el biorreactor giratorio.
Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide.
En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial.
Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.
En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen.
Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.
“Me parece una técnica muy creativa e interesante, y mi predicción es que este nuevo enfoque tendrá un impacto importante en el futuro”, concluye para SINC el neurobiólogo español Rafael Yuste, de la Universidad de Columbia (EEUU), que colidera el proyecto BAM/BRAIN para crear un mapa detallado de la actividad cerebral, financiado por la administración Obama con 100 millones de dólares.
En los ‘organoides cerebrales’ resultantes se pueden diferenciar regiones como corteza cerebral, retina, meninges o el plexo coroideo (porción del encéfalo que forma el líquido cefalorraquídeo).
Después de dos meses de desarrollo, los minicerebros alcanzan su tamaño máximo, aunque pueden sobrevivir indefinidamente –en la actualidad hasta 10 meses– en el biorreactor giratorio.
Según los investigadores, probablemente, y de momento, no crecen más debido a la falta de un sistema de circulación eficaz que lleve los nutrientes y el oxígeno al interior del organoide.
En cualquier caso, estos tejidos cerebrales en 3D se asemejan a las primeras etapas de formación del cerebro humano, por lo que facilitan los estudios sobre la evolución de este órgano esencial.
Además, el método permite estudiar algunas enfermedades neurológicas humanas de una forma que no lo hacen los modelos con ratas u otros animales de laboratorio, cuyo cerebro es menos complejo.
En concreto, los investigadores han logrado identificar y modelar con su técnica un trastorno que afecta el desarrollo normal del cerebro: la microcefalia, que conduce a tener un cerebro más pequeño en las personas que lo padecen.
Los autores sugieren que las células defectuosas que aparecen en los pacientes no experimentan el mismo crecimiento en los ratones, lo que podría explicar por qué los modelos en animales han sido incapaces de recoger la gravedad de este trastorno como se observa en los seres humanos.
“Me parece una técnica muy creativa e interesante, y mi predicción es que este nuevo enfoque tendrá un impacto importante en el futuro”, concluye para SINC el neurobiólogo español Rafael Yuste, de la Universidad de Columbia (EEUU), que colidera el proyecto BAM/BRAIN para crear un mapa detallado de la actividad cerebral, financiado por la administración Obama con 100 millones de dólares.
Referencia
Madeline A. Lancaster, Magdalena Renner, Carol-Anne Martin, Daniel Wenzel, Louise S. Bicknell, Matthew E. Hurles, Tessa Homfray, Josef M. Penninger, Andrew P. Jackson, Juergen A. Knoblich. “Cerebral organoids model human brain development and microcephaly ”. Nature 500: 7464, 29 de agosto de 2013. Doi:10.1038/nature12517.
Madeline A. Lancaster, Magdalena Renner, Carol-Anne Martin, Daniel Wenzel, Louise S. Bicknell, Matthew E. Hurles, Tessa Homfray, Josef M. Penninger, Andrew P. Jackson, Juergen A. Knoblich. “Cerebral organoids model human brain development and microcephaly ”. Nature 500: 7464, 29 de agosto de 2013. Doi:10.1038/nature12517.