Cuatro cerebros bordados. Imagen: Hey Paul Studios. Fuente: Flickr.
Investigadores de la Escuela Bloomberg de Salud Pública de la Universidad Johns Hopkins (Baltimore, EE.UU.) dicen que han desarrollado pequeños "mini-cerebros" compuestos de muchas de las neuronas y las células del cerebro humano -e incluso algunas de sus funcionalidades-, y que pueden replicarse a gran escala.
Los investigadores dicen que la creación de estos "mini-cerebros" podría cambiar drásticamente cómo se prueba la eficacia y seguridad de los nuevos medicamentos, sustituyendo a los cientos de miles de animales utilizados para la investigación científica neurológica en Estados Unidos, por ejemplo.
La investigación con estos mini-cerebros en tres dimensiones -bolas de células cerebrales que crecen y forman estructuras del cerebro por su cuenta, durante ocho semanas- debe ser superior a los estudios con ratones y ratas, porque se derivan de células humanas en lugar de células de roedores, afirman.
"El noventa y cinco por ciento de los medicamentos que parecen prometedores cuando se prueban en modelos animales fallan una vez que se prueban en humanos, suponiendo un gran gasto de tiempo y dinero", dice el líder del estudio, Thomas Hartung, profesor de Toxicología basada en la Evidencia, en la nota de prensa de la universidad. "Aunque los modelos de roedores han sido útiles, no somos ratas de 70 kilos. Y a pesar de que tampoco somos son bolas de células, a menudo se puede obtener mucha mejor información de ellas que de los roedores. Creemos que el futuro la investigación del cerebro supondrá una menor dependencia de los animales, y más de los modelos humanos, basados en células."
Hartung y sus colegas crearon los cerebros usando células madre pluripotentes inducidas, que son células adultas que han sido reprogramadas genéticamente a un estado similar al de las células madre embrionarias y luego son estimuladas para convertirse en células cerebrales.
Se utilizaron células de la piel de varios adultos sanos para crear los mini-cerebros, pero Hartung dice que las células de personas con ciertos rasgos genéticos o ciertas enfermedades se pueden utilizar para crear cerebros para el estudio de la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson, la esclerosis múltiple, e incluso el autismo. Se han iniciado también proyectos para el estudio de las infecciones virales, los traumatismos y los accidentes cerebrovasculares.
El ojo de una mosca
Los mini-cerebros de Hartung son muy pequeños, de 350 micrómetros de diámetro, aproximadamente el tamaño del ojo de una mosca doméstica, y apenas visibles para el ojo humano; y pueden producirse cientos de miles de copias exactas en cada lote. Puede cultivarse fácilmente un centenar de ellos en una sola placa de Petri del laboratorio.
Los investigadores dicen que la creación de estos "mini-cerebros" podría cambiar drásticamente cómo se prueba la eficacia y seguridad de los nuevos medicamentos, sustituyendo a los cientos de miles de animales utilizados para la investigación científica neurológica en Estados Unidos, por ejemplo.
La investigación con estos mini-cerebros en tres dimensiones -bolas de células cerebrales que crecen y forman estructuras del cerebro por su cuenta, durante ocho semanas- debe ser superior a los estudios con ratones y ratas, porque se derivan de células humanas en lugar de células de roedores, afirman.
"El noventa y cinco por ciento de los medicamentos que parecen prometedores cuando se prueban en modelos animales fallan una vez que se prueban en humanos, suponiendo un gran gasto de tiempo y dinero", dice el líder del estudio, Thomas Hartung, profesor de Toxicología basada en la Evidencia, en la nota de prensa de la universidad. "Aunque los modelos de roedores han sido útiles, no somos ratas de 70 kilos. Y a pesar de que tampoco somos son bolas de células, a menudo se puede obtener mucha mejor información de ellas que de los roedores. Creemos que el futuro la investigación del cerebro supondrá una menor dependencia de los animales, y más de los modelos humanos, basados en células."
Hartung y sus colegas crearon los cerebros usando células madre pluripotentes inducidas, que son células adultas que han sido reprogramadas genéticamente a un estado similar al de las células madre embrionarias y luego son estimuladas para convertirse en células cerebrales.
Se utilizaron células de la piel de varios adultos sanos para crear los mini-cerebros, pero Hartung dice que las células de personas con ciertos rasgos genéticos o ciertas enfermedades se pueden utilizar para crear cerebros para el estudio de la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson, la esclerosis múltiple, e incluso el autismo. Se han iniciado también proyectos para el estudio de las infecciones virales, los traumatismos y los accidentes cerebrovasculares.
El ojo de una mosca
Los mini-cerebros de Hartung son muy pequeños, de 350 micrómetros de diámetro, aproximadamente el tamaño del ojo de una mosca doméstica, y apenas visibles para el ojo humano; y pueden producirse cientos de miles de copias exactas en cada lote. Puede cultivarse fácilmente un centenar de ellos en una sola placa de Petri del laboratorio.
Después de cultivar los mini-cerebros durante unos dos meses, los cerebros desarrollaron cuatro tipos de neuronas y dos tipos de células de apoyo: astrocitos y oligodendrocitos; estos últimos crean la mielina, que aísla los axones neuronales y les permite comunicarse más rápido.
Los investigadores pudieron observar la mielina en desarrollo y pudieron ver cómo empieza a envainar los axones. Los cerebros incluso mostraron actividad electrofisiológica espontánea, que puede ser registrada con electrodos, de forma similar a un electroencefalograma. Para probarlos, los investigadores colocaron un mini-cerebro en una serie de electrodos y escucharon la comunicación eléctrica espontánea de las neuronas a medida que se introducían los fármacos testados.
"No tenemos el primer modelo de cerebro ni estamos afirmando tener el mejor", dice Hartung, que también dirige el Centro de la de Alternativas a la Experimentación con Animales de la Escuela. Investigadores de la Universidad de Brown (EE.UU.) y del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia Austriaca de Ciencias han desarrollado también sendos mini-cerebros. En el caso del austríaco, viven hasta 10 meses.
El nuevo mini-cerebro, eso sí, "es el más estandarizado", explica Hartung. "Y cuando se prueban fármacos, es imperativo que las células que estén siendo estudiadas sean tan similares como sea posible para garantizar resultados más precisos y comparables".
Hartung está solicitando una patente para los mini-cerebros y también está desarrollando una entidad comercial llamada Organome para producirlos, y espera que pueda comenzar la producción este año. Dice que son fácilmente reproducibles y espera verlos utilizados por los científicos en el mayor número posible de laboratorios. "Sólo cuando podemos tener modelos cerebrales como este en cualquier laboratorio en cualquier momento seremos capaces de sustituir la experimentación con animales a gran escala", dice.
Los investigadores pudieron observar la mielina en desarrollo y pudieron ver cómo empieza a envainar los axones. Los cerebros incluso mostraron actividad electrofisiológica espontánea, que puede ser registrada con electrodos, de forma similar a un electroencefalograma. Para probarlos, los investigadores colocaron un mini-cerebro en una serie de electrodos y escucharon la comunicación eléctrica espontánea de las neuronas a medida que se introducían los fármacos testados.
"No tenemos el primer modelo de cerebro ni estamos afirmando tener el mejor", dice Hartung, que también dirige el Centro de la de Alternativas a la Experimentación con Animales de la Escuela. Investigadores de la Universidad de Brown (EE.UU.) y del Instituto de Biotecnología Molecular de la Academia Austriaca de Ciencias han desarrollado también sendos mini-cerebros. En el caso del austríaco, viven hasta 10 meses.
El nuevo mini-cerebro, eso sí, "es el más estandarizado", explica Hartung. "Y cuando se prueban fármacos, es imperativo que las células que estén siendo estudiadas sean tan similares como sea posible para garantizar resultados más precisos y comparables".
Hartung está solicitando una patente para los mini-cerebros y también está desarrollando una entidad comercial llamada Organome para producirlos, y espera que pueda comenzar la producción este año. Dice que son fácilmente reproducibles y espera verlos utilizados por los científicos en el mayor número posible de laboratorios. "Sólo cuando podemos tener modelos cerebrales como este en cualquier laboratorio en cualquier momento seremos capaces de sustituir la experimentación con animales a gran escala", dice.