Algunas de las partes del cerebro organoide: hemisferio cerebral, pedúnculo óptico y curva cefálica, todas ellas propias del cerebro fetal. Fuente: OSU.
Científicos de la Universidad Estatal de Ohio (OSU, EE.UU.) han desarrollado un modelo de cerebro humano casi completo, que tiene la madurez cerebral de un feto de cinco semanas.
El cerebro-organoide, diseñado a partir de células de piel humana adulta, es el modelo del cerebro humano más completo desarrollado hasta ahora, según René Anand, profesor de química biológica y farmacología en la universidad.
El cerebro creado en laboratorio, aproximadamente del tamaño de una goma de borrar, tiene una estructura identificable y contiene el 99 por ciento de los genes presentes en el cerebro fetal humano. Este sistema permitirá a pruebas éticas y más rápidas y precisas de medicamentos experimentales antes de las pruebas clínicas y avanzar en los estudios de las causas genéticas y ambientales de los trastornos del sistema nervioso central.
"No sólo parece un cerebro en desarrollo, sino que sus diversos tipos de células expresan casi todos los genes que expresa un cerebro", dice Anand en la información de OSU.
Anand, que estudia la asociación entre los receptores nicotínicos y los trastornos del sistema nervioso central, decidió desarrollar el cerebro después de encontrarse con resultados decepcionantes en un estudio con roedores de un fármaco experimental para el autismo. Con un presupuesto muy reducido en comparación con el de otros proyectos similares, añadió ingeniería de células madre a su programa de investigación. Cuatro años más tarde, había construido una réplica del cerebro humano.
Casi de todo
Lo más importante que falta en este modelo es un sistema vascular. Lo que hay -una médula espinal, las principales regiones del cerebro, múltiples tipos de células, circuitos de señalización e incluso una retina- tiene el potencial de acelerar drásticamente el ritmo de la investigación en neurociencias, dice Anand, también profesor de neurociencia.
La conversión de células de la piel adultas en células pluripotenciales -células madre inmaduras que pueden ser programadas para convertirse en cualquier tejido del cuerpo- es un área de la ciencia de rápido desarrollo que hizo ganar al investigador que descubrió la técnica, Shinya Yamanaka, el Premio Nobel en 2012.
"Una vez que una célula se encuentra en ese estado pluripotente, puede convertirse en cualquier órgano -si se sabe qué hacer para ayudar a que se convierta en ese órgano", dice Anand. "El cerebro ha sido el santo grial, debido a su enorme complejidad en comparación con cualquier otro órgano. Otros grupos están tratando de hacer lo mismo."
Anandi utilizó técnicas para diferenciar las células madre pluripotentes en células que están diseñadas para convertirse en tejido neural, componentes del sistema nervioso central u otras regiones del cerebro.
"Ofrecemos el mejor entorno y condiciones que reproducen lo que está pasando en el útero para hacer que el cerebro sea posible", dice sobre el trabajo que completó con su colega Susan McKay, investigadora en química biológica y farmacología.
El cerebro-organoide, diseñado a partir de células de piel humana adulta, es el modelo del cerebro humano más completo desarrollado hasta ahora, según René Anand, profesor de química biológica y farmacología en la universidad.
El cerebro creado en laboratorio, aproximadamente del tamaño de una goma de borrar, tiene una estructura identificable y contiene el 99 por ciento de los genes presentes en el cerebro fetal humano. Este sistema permitirá a pruebas éticas y más rápidas y precisas de medicamentos experimentales antes de las pruebas clínicas y avanzar en los estudios de las causas genéticas y ambientales de los trastornos del sistema nervioso central.
"No sólo parece un cerebro en desarrollo, sino que sus diversos tipos de células expresan casi todos los genes que expresa un cerebro", dice Anand en la información de OSU.
Anand, que estudia la asociación entre los receptores nicotínicos y los trastornos del sistema nervioso central, decidió desarrollar el cerebro después de encontrarse con resultados decepcionantes en un estudio con roedores de un fármaco experimental para el autismo. Con un presupuesto muy reducido en comparación con el de otros proyectos similares, añadió ingeniería de células madre a su programa de investigación. Cuatro años más tarde, había construido una réplica del cerebro humano.
Casi de todo
Lo más importante que falta en este modelo es un sistema vascular. Lo que hay -una médula espinal, las principales regiones del cerebro, múltiples tipos de células, circuitos de señalización e incluso una retina- tiene el potencial de acelerar drásticamente el ritmo de la investigación en neurociencias, dice Anand, también profesor de neurociencia.
La conversión de células de la piel adultas en células pluripotenciales -células madre inmaduras que pueden ser programadas para convertirse en cualquier tejido del cuerpo- es un área de la ciencia de rápido desarrollo que hizo ganar al investigador que descubrió la técnica, Shinya Yamanaka, el Premio Nobel en 2012.
"Una vez que una célula se encuentra en ese estado pluripotente, puede convertirse en cualquier órgano -si se sabe qué hacer para ayudar a que se convierta en ese órgano", dice Anand. "El cerebro ha sido el santo grial, debido a su enorme complejidad en comparación con cualquier otro órgano. Otros grupos están tratando de hacer lo mismo."
Anandi utilizó técnicas para diferenciar las células madre pluripotentes en células que están diseñadas para convertirse en tejido neural, componentes del sistema nervioso central u otras regiones del cerebro.
"Ofrecemos el mejor entorno y condiciones que reproducen lo que está pasando en el útero para hacer que el cerebro sea posible", dice sobre el trabajo que completó con su colega Susan McKay, investigadora en química biológica y farmacología.
Neuronas
Se tarda unos 15 semanas en construir un modelo como este, con la capacidad de un cerebro fetal de 5 semanas. Anand y McKay han dejado que el modelo siga creciendo hasta las 12 semanas, observando los esperados cambios de maduración en el camino. "Si lo dejamos llegar hasta las 16 o 20 semanas, podría completarse el 1 por ciento de genes que faltan. Veremos", dice Anand.
Él y McKay ya han utilizado la plataforma para poner en marcha sus propios proyectos, creando modelos cerebrales organoides de la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson y el autismo. Tienen la esperanza de que, con un mayor desarrollo y la adición de un suministro de sangre por bombeo, el modelo pueda ser utilizado para estudios sobre accidentes cerebrovasculares. El sistema ofrece también una nueva plataforma para el estudio de la enfermedad de la Guerra del Golfo, la lesión cerebral traumática y el trastorno de estrés post-traumático.
Anand espera que su modelo del cerebro pueda incorporarse al programa Microphysiological Systems, una plataforma que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa está desarrollando mediante el uso de tejido humano diseñado para imitar los sistemas fisiológicos humanos.
Anand y McKay son co-fundadores de una empresa de nueva creación, NeurXstem, para comercializar el cerebro-organoide, y no han publicado su investigación, pendiente de una patente. Por ello han recibido críticas de otros científicos, consultados por The Guardian, que consideran que no se puede valorar su descubrimiento sin saber más datos.
Recientemente, un equipo de la Yale School of Medicine de EE.UU. ha logrado convertir células de la piel de pacientes con autismo en células madre, y cultivarlas en laboratorio para producir pequeños cerebros, que han revelado mecanismos inesperados subyacentes al autismo.
Se tarda unos 15 semanas en construir un modelo como este, con la capacidad de un cerebro fetal de 5 semanas. Anand y McKay han dejado que el modelo siga creciendo hasta las 12 semanas, observando los esperados cambios de maduración en el camino. "Si lo dejamos llegar hasta las 16 o 20 semanas, podría completarse el 1 por ciento de genes que faltan. Veremos", dice Anand.
Él y McKay ya han utilizado la plataforma para poner en marcha sus propios proyectos, creando modelos cerebrales organoides de la enfermedad de Alzheimer, el Parkinson y el autismo. Tienen la esperanza de que, con un mayor desarrollo y la adición de un suministro de sangre por bombeo, el modelo pueda ser utilizado para estudios sobre accidentes cerebrovasculares. El sistema ofrece también una nueva plataforma para el estudio de la enfermedad de la Guerra del Golfo, la lesión cerebral traumática y el trastorno de estrés post-traumático.
Anand espera que su modelo del cerebro pueda incorporarse al programa Microphysiological Systems, una plataforma que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa está desarrollando mediante el uso de tejido humano diseñado para imitar los sistemas fisiológicos humanos.
Anand y McKay son co-fundadores de una empresa de nueva creación, NeurXstem, para comercializar el cerebro-organoide, y no han publicado su investigación, pendiente de una patente. Por ello han recibido críticas de otros científicos, consultados por The Guardian, que consideran que no se puede valorar su descubrimiento sin saber más datos.
Recientemente, un equipo de la Yale School of Medicine de EE.UU. ha logrado convertir células de la piel de pacientes con autismo en células madre, y cultivarlas en laboratorio para producir pequeños cerebros, que han revelado mecanismos inesperados subyacentes al autismo.