Desarrollan minicerebros capaces de organizarse por sí mismos

Los científicos utilizan diferentes formas para estudiar el desarrollo de nuestros órganos y cómo se desencadenan ciertas enfermedades. Entre ellos se incluyen líneas celulares, animales de laboratorio y, desde hace unos años, miniórganos 3D. Estos organoides tienen características y un nivel de complejidad que permite a los científicos modelar de cerca las funciones de un órgano en el laboratorio. Y entre ellos el cerebro es uno de los más buscados, por los expertos.

Los organoides se pueden formar a partir de células de un tejido o se pueden “guiar” las células madre para que se desarrollen hasta convertirse en el órgano que pretenden estudiar. El problema era que, hasta ahora, los organoides cerebrales se cultivaban en el laboratorio induciendo a células madre embrionarias o pluripotentes a crecer hasta formar estructuras que representaban diferentes áreas del cerebro. Utilizando un cóctel específico de moléculas, se buscaba imitar el desarrollo natural del cerebro, y desarrollar la "receta" para cada paso requeriría mucha investigación.

Ahora, un equipo de científicos del Centro Princesa Máxima de oncología pediátrica conseguido desarrollar organoides cerebrales directamente a partir de tejido cerebral fetal humano. Estos organoides cultivados en laboratorio no solo abren una forma completamente nueva de estudiar cómo se desarrolla el cerebro. También ofrecen un medio valioso para estudiar el desarrollo y tratamiento de enfermedades relacionadas con el desarrollo del cerebro, incluidos los tumores cerebrales. El estudio ha sido publicado en Cell.

Los autores se sorprendieron al descubrir que utilizar pequeños trozos de tejido cerebral fetal en lugar de células individuales era vital para el crecimiento de minicerebros. Para hacer crecer otros miniórganos como el intestino, los científicos normalmente descomponen el tejido original en células individuales. En lugar de trabajar con pequeños trozos de tejido cerebral fetal, el equipo descubrió que estos fragmentos podían autoorganizarse en organoides.

Los organoides cerebrales eran aproximadamente del tamaño de un grano de arroz. La composición tridimensional del tejido era compleja y contenía varios tipos diferentes de células cerebrales. Otro detalle importante es que los organoides contenían muchas de las llamadas glías radiales externas, un tipo de célula que se encuentra en los humanos y en nuestros ancestros evolutivos. Esto subraya la estrecha similitud de los organoides con el cerebro.

El sistema produjo proteínas que forman la matriz extracelular, una especie de "andamio" alrededor de las células. El equipo cree que estas proteínas podrían ser la razón por la que los trozos de tejido cerebral pudieron autoorganizarse en estructuras cerebrales tridimensionales. La presencia de una matriz extracelular en los organoides permitirá estudiar más a fondo el entorno de las células cerebrales y qué sucede cuando esto sale mal.

Los investigadores descubrieron que los organoides derivados de tejidos mantenían varias características de la región específica del cerebro de la que derivaban. También respondían a moléculas de señalización que se sabe que desempeñan un papel importante en el desarrollo del cerebro. Este hallazgo sugiere que los organoides derivados de tejidos podrían desempeñar un papel importante a la hora de explicar la compleja red de moléculas implicadas en la dirección del desarrollo del cerebro.

Dada la capacidad de los organoides derivados de tejidos para expandirse rápidamente, el equipo investigó su potencial en el modelado del cáncer cerebral. Utilizando la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9, introdujeron fallos en el gen cancerígeno TP53. Después de tres meses, las células con el TP53 defectuoso habían superado por completo a las células sanas en el organoide, lo que significa que habían adquirido una ventaja de crecimiento, una característica típica de las células cancerosas.

Luego utilizaron CRISPR-Cas9 para desactivar tres genes vinculados al tumor cerebral: TP53, PTEN y NF1. Los investigadores también utilizaron estos organoides mutantes para observar su respuesta a los medicamentos contra el cáncer existentes. Estos experimentos mostraron el potencial de los organoides para que la investigación de fármacos contra el cáncer vincule ciertos fármacos con mutaciones genéticas específicas.

Los organoides derivados de tejidos continuaron creciendo en un plato durante más de seis meses. Es importante destacar que los científicos pudieron multiplicarlos, lo que les permitió cultivar muchos organoides similares a partir de una muestra de tejido. Esta característica significa que los científicos pueden realizar experimentos repetidos con organoides derivados de tejidos, aumentando la confiabilidad de sus hallazgos.

“Los organoides cerebrales del tejido fetal son una nueva herramienta invaluable para estudiar el desarrollo del cerebro humano – concluye Artegiani -. Ahora podemos estudiar más fácilmente cómo se expande el cerebro en desarrollo y observar el papel de los diferentes tipos de células y su entorno. Esto nos podría ayudar a comprender cómo los errores pueden conducir a enfermedades del desarrollo neurológico como la microcefalia, así como a otras enfermedades que pueden derivarse de un desarrollo descarrilado, incluido el cáncer cerebral infantil”.