Diseñan organoides a partir de tejido cerebral fetal humano

Un equipo liderado por el Centro de Oncología Pediátrica Princesa Máxima y el Instituto Hubrecht (Países Bajos) ha generado pequeños modelos de cerebro en 3D –organoides– a partir de tejido cerebral fetal humano. Hasta ahora, estos organoides cerebrales –que tratan de asemejarse a los órganos reales a una escala en miniatura– se cultivaban en laboratorio empleando células madre pluripotentes o embrionarias. La nueva técnica, publicada en la revista ' Cell ', permite que las regiones de tejido cerebral sean capaces de autoorganizarse en estructuras cerebrales tridimensionales . Los autores utilizaron estos organoides y la herramienta CRISPR-Cas9 para simular el desarrollo de un tipo de tumor cerebral, el glioblastoma, y ver cómo respondía ante diferentes fármacos. Los organoides tienen características y un nivel de complejidad que permite a los científicos modelar de cerca las funciones de un órgano en el laboratorio. Se pueden formar directamente a partir de células de un tejido. Los científicos también pueden «guiar» las células madre (que se encuentran en embriones o en algunos tejidos adultos ) para que se desarrollen hasta convertirse en el órgano que pretenden estudiar. Noticia Relacionada estandar No Diseñan un organoide del cerebro para estudiar las enfermedades cerebrales R. I. El modelo organoide permitirá estudiar diversos trastornos neurodegenerativos y del desarrollo neurológico, incluido el trastorno del espectro autista 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, intentarían imitar el desarrollo natural del cerebro, y desarrollar la « receta « para cada cóctel requeriría mucha investigación. Los investigadores, dirigidos por Delilah Hendriks, Hans Clevers y Benedetta Artegiani , se sorprendieron al descubrir que utilizar pequeños trozos de tejido cerebral fetal en lugar de células individuales era vital para el crecimiento de minicerebros. Los investigadores matizan que el tejido fetal humano utilizado se derivó de material de aborto sano, entre las semanas de gestación 12 y 15, de donantes totalmente anónimos . Las mujeres anónimas donaron el tejido de forma voluntaria y previo consentimiento informado. Se les informó que el material se utilizaría únicamente con fines de investigación y que la investigación incluía la comprensión de cómo se desarrollan normalmente los órganos, incluida la posibilidad de cultivar células derivadas del material donado. «Hasta ahora, podíamos obtener organoides de la mayoría de los órganos humanos, pero no del cerebro; es realmente emocionante que ahora también hayamos podido superar ese obstáculo», añade Clevers. Para hacer crecer otros miniórganos como el intestino, normalmente se descompone el tejido original en células individuales. En lugar de trabajar con pequeños trozos de tejido cerebral fetal, el equipo descubrió que estos trozos podían autoorganizarse en organoides. Los organoides cerebrales eran aproximadamente del tamaño de un grano de arro z. La composición tridimensional del tejido era compleja y contenía varios tipos diferentes de células cerebrales. Cerebro humano Los científicos destacan que los organoides cerebrales 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 humano y su uso en el estudio. Las piezas enteras de tejido cerebral también produjeron proteínas que forman la matriz extracelular, una especie de «andamio» alrededor de las células. 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 Benedetta Artegiani Centro de Oncología Pediátrica Princesa Máxima «Los organoides cerebrales obtenidos de tejido fetal son una nueva herramienta de gran valor para estudiar el desarrollo del cerebro humano. 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», destaca Benedetta Artegiani. «Nuestro nuevo modelo cerebral derivado de tejido nos permite comprender mejor cómo el cerebro en desarrollo regula la identidad de las células. También podría ayudar a comprender cómo los errores en ese proceso 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». El equipo cree que estas proteínas podrían ser la razón por la que los pedazos de tejido cerebral pudieron autoorganizarse en estructuras cerebrales tridimensionales. La presencia de matriz extracelular en los organoides permitirá estudiar más a fondo el entorno de las células cerebrales y qué sucede cuando esto sale mal. Los organoides podrían tener un papel importante en desenredar la red de moléculas implicadas en el desarrollo del cerebro Los investigadores descubrieron también que los organoides derivados de tejidos mantenían varias características de la región específica del cerebro de la que derivaban. Así, respondieron 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 desenredar la compleja red de moléculas implicadas en el desarrollo del cerebro. Dada la capacidad de los organoides derivados de tejidos para expandirse rápidamente, el equipo investigó a continuación su potencial en el modelado del cáncer cerebral. Así, emplearon la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9 para introducir fallas en el conocido gen cancerígeno TP53 en una pequeña cantidad de células de los organoides. A los 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. Hasta ahora, podíamos obtener organoides de la mayoría de los órganos humanos, pero no del cerebro Hans Clevers Centro de Oncología Pediátrica Princesa Máxima y el Instituto Hubrecht A continuación utilizaron CRISPR-Cas9 para desactivar tres genes vinculados al tumor cerebral, el glioblastoma: TP53, PTEN y NF1. Además, usaron 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 medicamentos contra el cáncer vincule ciertos medicamentos 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. «Estos nuevos organoides derivados de tejido fetal pueden ofrecer conocimientos novedosos sobre qué da forma a las diferentes regiones del cerebro y qué crea la diversidad celular. Nuestros organoides son una adición importante al campo de organoides cerebrales, que pueden complementar los organoides existentes elaborados a partir de células madre pluripotentes. Esperamos aprender de ambos modelos para decodificar la complejidad del cerebro humano », destaca Hendriks. «Poder seguir creciendo y utilizar los organoides cerebrales del tejido fetal también significa que podemos aprender todo lo posible de un material tan valioso. Estamos entusiasmados de explorar el uso de estos nuevos organoides tisulares para nuevos descubrimientos sobre el cerebro humano», añade Hendriks. Noticia Relacionada estandar Si Crean 'cerebros' artificiales con células humanas que aprenden a reconocer voces Patricia Biosca Fabricados a partir de unos organoides conectados a un sistema electrónico, estos sistemas híbridos podrían marcar el futuro de las redes neuronales y de la inteligencia artificial Los minitumores con cambios en el gen del glioblastoma también eran capaces de multiplicarse , manteniendo la misma combinación de mutaciones. Esta característica significa que los científicos pueden realizar experimentos repetidos con organoides derivados de tejidos, aumentando la fiabilidad de sus hallazgos. Los investigadores pretenden explorar más a fondo el potencial de sus nuevos organoides cerebrales derivados de tejidos. También planean continuar su trabajo con bioéticos, que ya participaron en la configuración de esta investigación, para guiar el desarrollo y las aplicaciones futuros de los nuevos organoides cerebrales. Clevers considera que «este estudio contribuye de forma importante a los campos de la investigación sobre organoides y cerebros. Desde que desarrollamos los primeros organoides intestinales humanos en 2011 , ha sido fantástico ver que la tecnología realmente ha despegado. Desde entonces, se han desarrollado organoides para casi todos los tejidos del cuerpo humano, tanto sanos como enfermos, incluido un número cada vez mayor de tumores infantiles».