Los modelos en miniatura, cultivados en laboratorio, de la superficie arrugada del cerebro humano se pueden usar para reparar lesiones en los cerebros de ratas vivas y, por lo tanto, reparar las conexiones rotas en los sistemas de procesamiento sensorial de los roedores, según muestra un nuevo estudio. Algún día, estos minicerebros, conocidos como organoides cerebrales, también podrían usarse para reparar los cerebros de pacientes humanos, proponen los autores del estudio.
«Veo esto como el primer paso en el desarrollo de una nueva estrategia para reparar el cerebro,» dicho Dr. Han-Chiao Isaac Chen (se abre en una pestaña nueva)autor principal del estudio y profesor asistente de neurocirugía en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania.
Eventualmente, los organoides podrían usarse para restaurar la función del cerebro después de una lesión traumática, cirugía invasiva o ataqueo para ayudar a combatir los efectos de enfermedades neurodegenerativas, como Parkinson, Chen le dijo a WordsSideKick.com. Sin embargo, estamos a muchos años de aplicar la tecnología en humanos, dijo.
En su nuevo estudio, publicado el jueves (2 de febrero) en la revista Célula Célula Madre (se abre en una pestaña nueva)Chen y sus colegas demostraron que los organoides cerebrales cultivados a partir de humanos Células madre se puede trasplantar a la corteza visual de una rata lesionada, donde primero se envía la información de los ojos para su procesamiento.
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Cuando la luz incide en la retina del ojo, un mensaje eléctrico llega a la corteza visual «primaria», que comienza a analizar las características básicas de lo que sea que esté frente al ojo. Esos datos luego se envían a la corteza visual «secundaria», que lleva el análisis un paso más allá. En el nuevo estudio, las ratas adultas sufrieron una lesión importante en la corteza visual secundaria, y los investigadores usaron esencialmente un organoide para tapar el agujero resultante en el cerebro.
En investigaciones anteriores, los científicos trasplantaron células cerebrales individuales en roedores sanos de diferentes edades y organoides en los cerebros de roedores muy jóvenes y ilesos; al trasplantar organoides en ratas mayores lesionadas, este estudio señala otro paso hacia el uso de organoides para reparar lesiones cerebrales, dijo Chen.
El equipo hizo crecer sus organoides a partir de un tipo de célula madre humana que puede dar lugar a muchos tipos diferentes de células. Durante 80 días, los investigadores habían utilizado señales químicas para convencer a estas células madre en grupos 3D que contenían muchos, pero no todos, de los tipos de células que se encuentran en la corteza cerebral humana, la capa externa arrugada del cerebro. La corteza contiene seis capas distintas de tejido, y para el día 80, los organoides cultivados en laboratorio tenían capas similares, pero algo rudimentarias.
«Esta estructura es realmente muy importante para definir cómo funciona realmente el cerebro», dijo Chen sobre la arquitectura 3D de los organoides. Sin embargo, aunque los grupos de tejido se asemejan a una corteza real en muchos aspectos, «no son perfectos, de ninguna manera», agregó.
Para trasplantar cada organoide a un cerebro de rata, el equipo extrajo un pedazo del cráneo de cada roedor, colocó el organoide dentro y selló el orificio con una tapa protectora. Las ratas recibieron medicamentos inmunosupresores durante y después del procedimiento, para evitar que sus cuerpos rechazaran el trasplante.
Durante los tres meses siguientes, las ratas vasos sanguineos se infiltró en los organoides y, a su vez, las células de los organoides se entrelazaron físicamente con el resto de los sistemas de procesamiento visual de los roedores.
Los organoides crecieron un poco más durante este tiempo, ganando nuevas células y extendiendo cables para conectarse a las células cerebrales de las ratas. Los investigadores mapearon estas nuevas conexiones utilizando un marcador fluorescente, que reveló que los organoides se habían conectado con éxito a la retina a través de esta red de cables. Además, los investigadores mostraron a las ratas estímulos visuales, incluidas luces intermitentes y barras blancas y negras en una pantalla, y descubrieron que sus organoides se activaron en respuesta, como se esperaría que lo hiciera una corteza visual intacta.
El equipo no realizó pruebas de visión o de comportamiento en las ratas para investigar cómo cambió su capacidad de ver después de las lesiones o los procedimientos de trasplante. Los investigadores ahora están trabajando en tales evaluaciones. En el futuro, planean probar si los organoides pueden integrarse de manera similar en otras partes del cerebro, como la corteza motora, que controla el movimiento, y estudiar qué factores controlan la velocidad y el alcance de esa integración.
Además, el equipo espera mejorar los organoides cerebrales para que imiten mejor un cerebro humano real. «Queremos un sustrato que reproduzca más fielmente el aspecto del cerebro», ya que, en teoría, eso debería hacer que los organoides sean más útiles para futuras reparaciones cerebrales, dijo Chen.
