Un grupo de investigación del Barcelonaßeta Brain Research Center, vinculado a la Fundación Pasqual Maragall, se encuentra en la vanguardia de la creación de organoides cerebrales, comúnmente denominados “minicerebros”. Estos organoides, desarrollados a partir de células madre, permiten simular el avance de la enfermedad de Alzheimer y examinar en profundidad los factores que influyen en su aparición y desarrollo. La Dra. Laura García González lidera esta línea de investigación, adentrándonos en un campo fascinante que promete revolucionar nuestra comprensión sobre esta compleja enfermedad.
Definición y características de los organoides cerebrales
Los organoides cerebrales son estructuras tridimensionales formadas por células que replican ciertas características del cerebro humano. Estas estructuras se generan a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), las cuales imitan aspectos celulares, estructurales y funcionales del tejido cerebral. En años recientes, estos modelos han sido utilizados para investigar trastornos neurológicos como la microcefalia y el autismo, así como enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y el Alzheimer, e incluso infecciones virales como el Zika o SARS-CoV-2.
La creación de organoides cerebrales comienza con células madre pluripotentes, que pueden ser embrionarias o inducidas. Las iPSC se obtienen mediante la reprogramación de células adultas, como fibroblastos o células sanguíneas. Posteriormente, estas células se agrupan tridimensionalmente en matrices extracelulares donde reciben factores químicos y nutrientes que fomentan su diferenciación hacia progenitores neuronales. Con el tiempo, estos progenitores evolucionan hacia neuronas y células gliales, formando redes neuronales funcionales.
Función y potencial en la investigación del Alzheimer
Los organoides cerebrales replican la organización celular del cerebro humano, incluyendo neuronas excitatorias e inhibitorias, astrocitos y oligodendrocitos. Además, desarrollan estructuras corticales organizadas en capas. Este modelo es esencial para estudiar procesos como la migración neuronal y la formación de sinapsis, crucial para entender cómo se establece la conectividad cerebral.
Una característica distintiva es que estos organoides pueden generarse a partir de iPSC reprogramadas desde células somáticas de individuos con Alzheimer o donantes sanos. Esto permite analizar alteraciones genéticas relacionadas con enfermedades neurológicas. A pesar del valor histórico de los modelos animales en la investigación sobre Alzheimer, presentan limitaciones significativas; por ejemplo, los ratones no desarrollan espontáneamente un fenotipo similar al Alzheimer durante el envejecimiento natural.
Evolución en el estudio del Alzheimer mediante minicerebros
En los primeros intentos por crear un modelo tridimensional para investigar el Alzheimer, investigadores utilizaron células humanas modificadas genéticamente para incrementar la expresión de proteínas mutantes asociadas a esta patología. Esta estrategia permitió observar incrementos en depósitos extracelulares de beta-amiloide y una mayor fosforilación de tau—dos elementos clave en las enfermedades neurodegenerativas.
A medida que avanzaron las investigaciones, otros equipos lograron desarrollar organoides más fisiológicos utilizando células pluripotentes derivadas tanto de personas con Alzheimer familiar como del síndrome de Down. Estos modelos mostraron espontáneamente características patológicas similares a las observadas en pacientes reales, incluyendo acumulaciones amiloides y ovillos neurofibrilares.
Desafíos éticos y limitaciones técnicas
A pesar del avance significativo que representan los organoides cerebrales, existen desafíos técnicos que limitan su efectividad. Uno importante es la falta de vasculatura dentro del organoide, lo cual dificulta el suministro adecuado de nutrientes y oxígeno a sus partes internas. Esto puede resultar en una maduración inadecuada de las neuronas y aumentar la muerte celular.
Aunado a esto, los organoides carecen de microglía, lo que limita aún más su capacidad para replicar condiciones reales del cerebro humano. Investigadores están trabajando actualmente en cocultivos con células madre endoteliales para intentar recrear un sistema vascular efectivo.
Pensando en el futuro: oportunidades y regulaciones necesarias
Aunque los organoides cerebrales tienen un futuro prometedor en la investigación biomédica, especialmente en medicina personalizada y estudios sobre enfermedades complejas, también plantean importantes cuestiones éticas respecto al consentimiento informado para donantes y las implicaciones morales relacionadas con su uso.
A pesar de que no hay evidencia actual que sugiera conciencia en estos modelos celulares, el rápido progreso científico podría cambiar esta percepción en el futuro cercano. Por ello, es vital anticipar estos retos éticos y establecer marcos regulatorios adecuados conforme avanza esta línea investigativa.
En conclusión, los avances realizados con los organoides cerebrales ofrecen una herramienta valiosa para comprender mejor enfermedades difíciles como el Alzheimer, abriendo nuevas vías para tratamientos innovadores sin depender exclusivamente de ensayos animales.
Referencias
- Lancaster MA, Renner M, Martin CA et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 2013 Sep 19;501(7467):373-9.
- Choi SH et al. A three-dimensional human neural cell culture model of Alzheimer’s disease. Nature. 2014 Nov 13;515(7526):274-8.
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- Bredenoord AL et al. Human tissues in a dish: The research and ethical implications of organoid technology. Science. 2017 Jan 20;355(6322):eaaf9414.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué son los organoides cerebrales?
Los organoides cerebrales son células agregadas tridimensionalmente que se asemejan en gran medida al cerebro humano. Se generan a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) y replican ciertas características celulares, estructurales y funcionales del tejido cerebral.
¿Cómo se crean los organoides cerebrales?
La generación de organoides cerebrales comienza con el uso de células madre pluripotentes, que pueden ser células madre embrionarias o células madre pluripotentes inducidas. Estas células se agrupan tridimensionalmente y se colocan en matrices extracelulares, donde se aplican factores químicos y nutrientes que estimulan su diferenciación hacia progenitores neuronales.
¿Qué función y características tienen estos minicerebros?
Los organoides cerebrales recapitulan la organización celular del cerebro humano e incluyen tipos celulares fundamentales como neuronas excitatorias e inhibitorias, astrocitos y oligodendrocitos. También desarrollan estructuras corticales organizadas en capas, permitiendo estudiar procesos como la migración neuronal y la formación de sinapsis.
¿Cuáles son las limitaciones en la investigación con organoides cerebrales?
Aunque los organoides cerebrales representan un avance en la investigación de enfermedades neurológicas, carecen de vasculatura, lo que dificulta el suministro de nutrientes y oxígeno. Además, no cuentan con microglía y presentan un perfil transcriptómico similar al del cerebro prenatal, lo que limita su representación del cerebro adulto.
¿Cuál es el futuro de los organoides cerebrales en la investigación biomédica?
Los organoides cerebrales tienen un futuro prometedor en la investigación biomédica, especialmente en áreas como la medicina personalizada y el estudio de enfermedades difíciles de modelar con animales. También podrían servir como plataformas para el cribado de fármacos sin necesidad de ensayos con animales.
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