Recrean en laboratorio un componente cerebral crítico

Científicos del centro Cedars-Sinai en Los Ángeles han utilizado células humanas para recrear fuera del cuerpo humano un componente cerebral crítico, la barrera hematoencefálica, y observado que funciona como si formara parte del organismo.

Este resultado, publicado en la revista Cell Stem Cell, abre la vía a una nueva forma de hacer descubrimientos sobre trastornos cerebrales y, potencialmente, de predecir qué medicamentos funcionarán mejor para un paciente individual.

La barrera hematoencefálica protege al cerebro de la mayoría de los patógenos. Permite el paso del agua, algunos gases y el transporte selectivo de moléculas que son cruciales para la función neuronal. Al mismo tiempo, impide la entrada de neurotoxinas.

Para la medicina, esta barrera representa a veces un problema, porque cuando tiene algún defecto impide también el acceso al cerebro de medicinas orientadas específicamente para enfermedades como la esclerosis lateral amiotrófica (enfermedad de Lou Gehrig), la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington.

Son enfermedades que afectan a millones de personas de todo el mundo y que son difíciles de tratar porque barreras hematoencefálicas defectuosas evitan que las biomoléculas necesarias para una actividad cerebral saludable puedan penetrar en el cerebro.

Metodología

Para recrear esta barrera cerebral fuera del cuerpo, los investigadores generaron células madre conocidas como células madre pluripotentes inducidas (iPS), que pueden producir cualquier tipo de célula, utilizando muestras de sangre de un adulto individual.

Utilizaron estas células especiales para producir neuronas, revestimientos de vasos sanguíneos y células de soporte que, juntas, forman la barrera hematoencefálica.

A continuación, el equipo colocó los diversos tipos de células en un sistema de cultivo celular que simula el microambiente y los aspectos funcionales clave de órganos vivos en una escala microscópica, usando principios de biomimetismo, microingeniería y tecnologías de microfluidos.

Este sistema en el que colocaron las células es una tecnología conocida científicamente como “órgano en un chip” (Organ-on-a-chip en inglés). En este caso recreó el microambiente del cuerpo del donante de las células, con la fisiología natural y las fuerzas mecánicas que las células experimentan dentro del cuerpo humano.

Los científicos descubrieron que las células vivas pronto formaron una unidad funcional de una barrera hematoencefálica que funciona como lo hace en el cuerpo, incluido el bloqueo de la entrada de ciertas medicinas.

Medicina de precisión

Significativamente, cuando esta barrera hematoencefálica se aplicó a células de pacientes con enfermedad de Huntington o síndrome de Allan-Herndon-Dudley, un raro trastorno neurológico congénito, la barrera funcionó de la misma manera que lo hace en pacientes con estas enfermedades.

Aunque con anterioridad los científicos habían creado barreras hematoencefálicas fuera del cuerpo, los investigadores señalan que es la primera vez que se crea una estructura de este tipo a partir de células madre pluripotentes inducidas derivadas de un paciente. Esto significa que coinciden con el ADN del paciente y muestran un defecto característico de la enfermedad del paciente.

Los hallazgos de este estudio abren un camino prometedor para la medicina de precisión, señala Clive Svendsen, PhD , director del Instituto de Medicina Regenerativa de la Junta de Gobernadores de Cedars-Sinai, en un comunicado.

"La posibilidad de usar un modelo multicelular específico para el paciente de una barrera hematoencefálica en un chip representa un nuevo estándar para el desarrollo de una medicina predictiva y personalizada", añade.

Referencia

Human iPSC-Derived Blood-Brain Barrier Chips Enable Disease Modeling and Personalized Medicine Applications. Gad D. Vatine et al. Cell Stem Cell, June 2019. DOI: 10.1016 / j.stem.2019.05.011