Avance

Grupos tridimensionales de neuronas vivas que se pueden cultivar en laboratorio partiendo de células madre humanas.

Por qué importa

Los investigadores necesitan nuevas formas de comprender los desórdenes del cerebro y probar posibles tratamientos.

Disponibilidad

Ya.

Actores clave

• Madeline Lancaster y Jürgen Knoblich, Instituto de Biotecnología Molecular
• Rudolph Tanzi y Doo Yeon Kim, Hospital General de Massachusetts

Cuando Madeline Lancaster levanta una placa de plástico transparente y la coloca a la luz, veo cómo una decena bolitas de tejido del tamaño de pequeñas perlas flotan en un líquido color melocotón. Son organoides cerebrales, que poseen determinadas características del cerebro humano en el primer trimestre de desarrollo, entre ellas lóbulos de corteza. Los trozos de tejido humano no son exactamente "cerebros creciendo en una placa", como se los llama a veces, pero sí abren una nueva forma de observar cómo crecen y funcionan las neuronas, y podrían cambiar nuestra comprensión de todo desde las actividades cerebrales básicas hasta las causas de la esquizofrenia y el autismo.

Arriba: Madeline Lancaster encontró la forma de mantener las neuronas creciendo en una placa hasta que desarrollan las características del cerebro humano vivo.

Medio: Magdalena Renner, alumna del laboratorio, examina organoides bajo el microscopio.

Abajo: Una variedad de organoides que se mantienen vivos en un plato mezclador en una incubadora.

Antes de crecer en una de las placas de Lancaster, un organoide de cerebro empieza siendo una única célula de piel extraída a un adulto. Con los incentivos biomédicos adecuados, esa célula se puede convertir en una célula madre pluripotente inducida (que es la clase de célula que puede madurar para formar distintos tipos de células) y de ahí en una neurona. Esto permite hacer cosas que hasta ahora eran imposibles. Los científicos pueden observar directamente cómo se desarrollan y funcionan redes de células cerebrales humanas vivas y cómo les afectan distintos compuestos farmacológicos o modificaciones genéticas. Y como estos minicerebros se pueden cultivar partiendo de las células de una persona concreta, los organoides podrían servir como modelos muy precisos para una amplia gama de enfermedades. Para saber por ejemplo qué sale mal en las neuronas derivadas directamente de alguien con la enfermedad de Alzheimer.

La perspectiva de hallar respuestas a este tipo de preguntas ha llevado a empresas farmacéuticas e investigadores académicos a buscar colaboraciones con Lancaster y Jürgen Knoblich, cuyo laboratorio en el Instituto de Biotecnología Molecular de Viena (Austria), es donde desarrolló Lancaster los organoides como trabajo posdoctoral. La primera de estas colaboraciones fue una investigación de la microcefalia, un desorden caracterizado por un cerebro de tamaño pequeño, con Andrew Jackson de la Universidad de Edimburgo (Reino Unido). Usando células derivadas de un paciente con microcefalia, el equipo cultivó organoides que compartían características del cerebro del paciente. A continuación sustituyeron una proteína defectuosa asociada con el desorden y pudieron cultivar organoides que aparecían parcialmente curados.

Según Lancaster, esto sólo es el principio. Investigadores como Rudolph Jaenisch en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y Guo-li Ming en la Universidad Johns Hopkins (EEUU, ambos) están empezando a usar organoides de cerebro para investigar el autismo, la esquizofrenia y la epilepsia. Los organoides cerebrales son especialmente útiles porque su crecimiento imita aspectos del desarrollo del cerebro humano. Las células se dividen y adquieren las características del cerebelo, por ejemplo, se agrupan en capas y empiezan a tener el aspecto de las estructuras tridimensionales de un cerebro. Si algo falla por el camino, algo que se puede observar según crecen los organoides, los científicos pueden buscar las causas y mecanismos potenciales e incluso tratamientos farmacológicos.

El avance logrado con la creación de estos organoides surgió como un proyecto al margen de la investigación principal perseguida por la investigadora. Otros investigadores ya habían cultivado neuronas en el laboratorio y, al igual que ellos, Lancaster empezó a usar una placa plana para "jugar" con células madre neuronales, las que se convierten en neuronas y otras células del sistema nervioso. A veces, explica, "conseguía células madre neuronales que no se quedaban en 2D, se caían de la placa y formaban bolas en 3D, y en vez de ignorarlas o tirarlas pensé: Son chulas, vamos a ver qué pasa si sigo cultivándolas". Se enfrentó a un reto importante, como conseguir alimentar el tejido del centro de los organoides, que no cuentan con venas. La solución de Lancaster fue encapsular cada organoide en una matriz para nutrir células, colocar una decena de estas bolas en una solución nutritiva y agitarla o centrifugarla para mantener a los organoides bañados con comida celular.

Desde que publicara su método, Lancaster ha llevado el tejido cerebral a niveles de complejidad aún mayores con neuronas en fases más avanzadas de desarrollo. La cantidad de aplicaciones posibles aumenta con cada avance. Lo que le resulta más hechizante a la propia Lancaster es la perspectiva de que los organoides cerebrales resuelvan los misterios más profundos: ¿Qué pasa en nuestros cerebros para diferenciarnos de otros animales? "Principalmente me interesa averiguar qué es lo que nos hace humanos", afirma. 

—Russ Juskalian

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