Organoides similares a cerebros cultivados en platos ofrecen una ventana al autismo
(Salt Lake City) – Hagas lo que hagas, no los llames «mini-cerebros», dicen los científicos de la Universidad de Utah Health. De cualquier manera, los organoides del tamaño de una semilla, que se cultivan en el laboratorio a partir de células humanas, brindan información sobre el cerebro y revelan diferencias que pueden contribuir al autismo en algunas personas.
“Solíamos pensar que sería demasiado difícil modelar la organización de las células en el cerebro”, explica Dr. Alex Shcheglovitov, profesor asistente de neurobiología en U of U Health. “Pero estos organoides se autoorganizan. En cuestión de meses, vemos capas de células que recuerdan a la corteza cerebral en el cerebro humano.
La investigación que describe los organoides y su potencial para comprender las enfermedades neuronales se publica en Naturaleza Comunicación el 6 de octubre con Shcheglovitov como autor principal y Yueqi Wang, PhD, ex estudiante graduado en su laboratorio, como autor principal. Llevaron a cabo la investigación con la científica postdoctoral Simone Chiola, PhD, y otros colaboradores de la Universidad de Utah, la Universidad de Harvard, la Universidad de Milán y la Universidad Estatal de Duomo, Montana.
investigar el autismo
Tener la capacidad de modelar aspectos del cerebro de esta manera les da a los científicos una idea del funcionamiento interno de un órgano vivo al que de otro modo sería casi imposible acceder. Y dado que los organoides crecen en un plato, pueden probarse experimentalmente de maneras que un cerebro no puede.
El equipo de Shcheglovitov utilizó un proceso innovador para estudiar los efectos de un defecto genético asociado con los trastornos del espectro autista y el desarrollo del cerebro humano. Descubrieron que los organoides diseñados para tener niveles más bajos del gen, llamados SHANK3, tenían características distintas.
Aunque el modelo organoide del autismo parecía normal, algunas células no funcionaban correctamente:
- Las neuronas eran hiperactivas y se disparaban más a menudo en respuesta a los estímulos.
- Otros signos indican que las neuronas pueden no transmitir señales de manera eficiente a otras neuronas,
- Se han interrumpido las vías moleculares específicas que hacen que las células se adhieran entre sí.
Estos hallazgos ayudan a descubrir las causas celulares y moleculares de los síntomas asociados con el autismo, dicen los autores. También demuestran que los organoides cultivados en laboratorio serán útiles para comprender mejor el cerebro, cómo se desarrolla y qué falla durante la enfermedad.
«Uno de los objetivos es usar organoides cerebrales para probar medicamentos u otras intervenciones para revertir o tratar trastornos», dice Jan Kubanek, PhD, coautor del estudio y profesor asistente de ingeniería biomédica en la U.
Construyendo un mejor modelo de cerebro
Los científicos han buscado durante mucho tiempo modelos adecuados para el cerebro humano. Los organoides cultivados en el laboratorio no son nuevos, pero las versiones anteriores no han crecido de forma reproducible, lo que dificulta la interpretación de los experimentos.
Para crear un modelo mejorado, el equipo de Shcheglovitov se inspiró en el desarrollo normal del cerebro. Los investigadores engañaron a las células madre humanas para que se convirtieran en células neuroepiteliales, un tipo específico de célula madre que forma estructuras autoorganizadas, llamadas rosetas neurales, en un plato. A lo largo de los meses, estas estructuras se fusionaron en esferas y crecieron en tamaño y complejidad a un ritmo similar al desarrollo del cerebro en un feto en crecimiento.
Después de cinco meses en el laboratorio, los organoides se veían como «una arruga de un cerebro humano» de 15 a 19 semanas después de la concepción, dice Shcheglovitov. Las estructuras contenían una variedad de tipos de células neuronales y de otro tipo que se encuentran en la corteza cerebral, la capa más externa del cerebro involucrada en el lenguaje, la emoción, el razonamiento y otros procesos mentales de alto nivel.
Al igual que un embrión humano, los organoides se autoorganizaron de manera predecible, formando redes neuronales que pulsaban con ritmos eléctricos oscilatorios y generaban varias señales eléctricas características de una variedad de diferentes tipos de células cerebrales maduras.
«Estos organoides tenían patrones de actividad electrofisiológica que se asemejaban a la actividad real en el cerebro. No esperaba eso», dice Kubanek. «Este nuevo enfoque modela la mayoría de los tipos de células principales y es funcionalmente significativo».
Shcheglovitov dice que estos organoides, que reflejan de manera más confiable estructuras complejas en la corteza, permitirán a los científicos estudiar cómo surgen tipos específicos de células en el cerebro y cómo trabajan juntas para realizar funciones más complejas.
“Estamos comenzando a comprender cómo las estructuras neuronales complejas en el cerebro humano surgen de progenitores simples”, dice Wang. «Y podemos medir fenotipos relacionados con enfermedades utilizando organoides 3D derivados de células madre que contienen mutaciones genéticas».
Agrega que al usar los organoides, los investigadores podrán estudiar mejor lo que sucede en las primeras etapas de los trastornos neurológicos, antes de que se desarrollen los síntomas.
