Un invernadero de cerebros de laboratorio

Imagina que pudiéramos cultivar cerebros. Poner una suerte de semilla en un bote y que en cuestión de poco tiempo empezara a crecer un cerebro humano. Suena a ciencia ficción de lo más trasnochada, pero en realidad, no solo es relativamente factible, sino que ya estamos haciendo algo parecido. Las semillas son células madre, el frasco es un medio de cultivo nutritivo para las células que queremos estudiar y en lugar de un cerebro completo podemos producir, por ahora, un conjunto de células cerebrales conectadas entre sí y capaces de comunicarse: una versión a pequeña escala del cerebro.

Estos diminutos tejidos se llaman organoides y podemos hacerlos de corazón, músculo, intestino, o casi cualquier otro órgano. Imitan las propiedades más rudimentarias de aquello que imitan. Por ejemplo, el organoide de un corazón debería poder latir, pero el organoide de un cerebro todavía no piensa. En este caso, la imitación se queda en las propiedades más fundamentales: que sus constituyentes básicos puedan conducir y producir electricidad para transmitir información de uno a otro y que la forma en que se activan condicione los caminos que esa información puede seguir. Si todavía no hemos conseguido más es porque la tecnología que permite crear organoides todavía no puede “incubar” tejidos suficientemente grandes y complejos, pero eso podría cambiar pronto y en parte gracias a esta nueva colaboración entre el Instituto Tecnológico de Masachussetts y el Instituto Indio de Tecnología de Madrás.

Un salto tecnológico

El estudio de los organoides ya tiene sus años y no es la primera vez que se vaticina una revolución. Sin ir más lejos, en 2019 su uso para el estudio del cerebro cambió para siempre. Hasta aquel momento, los tejidos que se podían obtener eran demasiado simples como para que las redes formadas por esas células cerebrales pudieran producir una actividad eléctrica significativa. No obstante, hace tres años, la Universidad de San Diego publicó un artículo explicando cómo habían logrado producir organoides cerebrales del tamaño de un guisante. Estos no solo empezaron a mostrar una actividad eléctrica regular y coherente, sino que hasta cierto punto imitaba correctamente cómo cambia la actividad de un verdadero cerebro a medida que se desarrolla.

Para demostrar aquello, los expertos entrenaron una red neuronal con registros de la actividad eléctrica de bebes prematuros. El propósito es que la red pudiera predecir el tiempo que llevaban creciendo los organoides pues, si lo conseguía tomando como referencia las características de su actividad eléctrica, podríamos asumir que, al menos, parte de su electrofisiología estaba desarrollándose de forma análoga a como cambia en los cerebros reales.

Pues bien, el nuevo salto planteado por el MIT y el Instituto Indio de Tecnología de Madrás reside en el dispositivo utilizado para cultivar estos tejidos.

Un chip para cultivar cerebros

Los recipientes que ahora mismo suelen usarse para estos estudios son relativamente rudimentarios y caros. O al menos, así lo sugieren los investigadores de este nuevo estudio. Lo más frecuente es utilizar placas llenas de pocillos independientes cuyo fondo transparente permite observar su contenido a través del microscopio. Sin embargo, estos pocillos tienen el gran inconveniente de no poseer un mecanismo que permita cambiar el líquido de cultivo.

La propuesta de esta colaboración entre universidades consiste en un dispositivo de impresión 3D cuyo precio rondaría los 5 euros por unidad. El material de impresión es una resina ya utilizada en el mundo quirúrgico debido a su compatibilidad con tejidos biológicos. Esta deberá de ser correctamente esterilizada con luz ultravioleta para preservar la asepsia del cultivo y tras su uso puede ser introducida en la autoclave para así poder usarla con nuevos cultivos. No obstante, la gran diferencia consiste en que este nuevo dispositivo sí incluirá un sistema para cambiar constantemente el medio de cultivo.

Tras ponerlos a prueba, los investigadores pudieron comprobar que sus dispositivos funcionaban correctamente. De hecho, fueron capaces de cultivar un organoide cerebral donde era distinguible una cavidad análoga a los ventrículos que hay en las profundidades de nuestros cerebros, el cual estaba rodeado por neuronas con un alto grado de organización y cubiertas a su vez por una especie de neocórtex (una organización de varias capas de neuronas estrechamente relacionadas con las funciones cognitivas superiores entre mamíferos).

Solo con estos datos el dispositivo ya sería interesante, pero a ello se suma que, tras analizar los resultados y compararlos con los obtenidos por la tecnología actual, el diseño de esta investigación parece preservar con vida un mayor porcentaje de células del organoide. El siguiente paso, según los científicos y tecnólogos implicados, consistirá en aumentar el número de pocillos para abaratar costes y optimizar el trabajo.

Cada pequeño paso en este campo se agradece, y no porque el fin último sea imitar un cerbero por pura curiosidad científica, sino porque estos modelos físicos de nuestro cerebro nos permiten entender las enfermedades neurológicas con un nivel de detalle que no podríamos obtener de ningún otro modo. Al menos, por ahora.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Los organoides, no obstante, tienen una limitación que, si bien no afecta a su propósito de estudio, sí que es determinante respecto a lo que el público general entiende que son. Incluso con el mejor sistema de irrigación y dotando al medio de las condiciones adecuadas para que el cerebro sepa desarrollar su anatomía en su máximo esplendor, este no podría llegar a desarrollar funciones cognitivas superiores. El motivo es que no tendría estímulos del exterior, los cuales son determinantes para el desarrollo de sus estructuras. Del mismo modo que si le tapamos los ojos a alguien desde que nace, sus estructuras cerebrales relacionadas con la visión no madurarán, privando al sujeto de la vista incluso con un par de ojos completamente funcionales, la falta de todo tipo de estímulos tendría unas implicaciones desmesuradas en la correcta maduración del cerebro.

REFERENCIAS (MLA):

• “A low-cost 3D printed microfluidic bioreactor and imaging chamber for live-organoid imaging” is authored by Ikram Khan, Anil Prabhakar, Chloe Delepine, Hayley Tsang, Vincent Pham, and Mriganka Sur. The article will appear in Biomicrofluidics on April 6, 2021 (DOI: 10.1063/5.0041027). After that date, it can be accessed at https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0041027