Los mini cerebros cultivados en un laboratorio a partir de células madre han desarrollado espontáneamente estructuras oculares rudimentarias, informan los científicos en un nuevo artículo.

Crédito: Elke Gabriel.

Cultivados en platos, estos pequeños organoides cerebrales de origen humano sorprendieron a los científicos, quienes observaron el crecimiento de dos copas ópticas simétricas bilateralmente, lo que refleja el desarrollo de las estructuras oculares en los embriones humanos. Este increíble resultado nos ayudará a comprender mejor el proceso de diferenciación y desarrollo del ojo, así como las enfermedades oculares.

«Nuestro trabajo destaca la notable capacidad de los organoides cerebrales para generar estructuras sensoriales primitivas que son sensibles a la luz y albergan tipos de células similares a las que se encuentran en el cuerpo», dijo el neurocientífico Jay Gopalakrishnan del Hospital Universitario de Düsseldorf en Alemania.

«Estos organoides pueden ayudar a estudiar las interacciones cerebro-ojo durante el desarrollo del embrión, modelar los trastornos congénitos de la retina y generar tipos de células retinianas específicas del paciente para realizar pruebas de fármacos personalizadas y terapias de trasplante».

Pero, al contrario de lo que se podría pensar, los organoides cerebrales no son cerebros verdaderos. Son pequeñas estructuras tridimensionales que se cultivan a partir de células madre pluripotentes inducidas —células extraídas de humanos adultos y modificadas mediante ingeniería inversa para convertirlas en células madre, que tienen el potencial de convertirse en muchos tipos diferentes de tejido—.

Crédito: Gabriel et al./Cell Stem Cell.

En este caso, se induce a estas células madre a convertirse en manchas de tejido cerebral, sin nada que se parezca a pensamientos, emociones o conciencia. Estos «mini cerebros» se utilizan con fines de investigación en los que el uso de cerebros vivos reales sería imposible, o al menos, éticamente complicado —probar las respuestas a los fármacos, por ejemplo, u observar el desarrollo celular en determinadas condiciones adversas—.

Esta vez, Gopalakrishnan y sus colegas buscaban observar el desarrollo de los ojos.

En investigaciones anteriores, otros científicos habían utilizado células madre embrionarias para hacer crecer las copas ópticas, las estructuras que se desarrollan en casi todo el globo ocular durante el desarrollo embrionario. Y otra investigación había desarrollado estructuras en forma de copa óptica a partir de células madre pluripotentes inducidas.

En lugar de cultivar estas estructuras directamente, el equipo de Gopalakrishnan quería ver si podían cultivarse como una parte integrada de los organoides cerebrales. Esto agregaría el beneficio de ver cómo los dos tipos de tejido pueden crecer juntos, en lugar de simplemente desarrollar estructuras ópticas de forma aislada.

«El desarrollo de los ojos es un proceso complejo y comprenderlo podría permitir sustentar la base molecular de las enfermedades retinianas tempranas», escribieron los investigadores en su artículo. «Por lo tanto, es crucial estudiar las vesículas ópticas que son el primordio del ojo cuyo extremo proximal está unido al prosencéfalo, esencial para la formación adecuada del ojo».

Organoides de 60 días con vesículas ópticas pigmentadas bilateralmente simétricas.

El trabajo previo en el desarrollo de organoides mostró evidencia de células retinianas, pero estas no desarrollaron estructuras ópticas, por lo que el equipo cambió sus protocolos. No intentaron forzar el desarrollo de células neurales puramente en las primeras etapas de la diferenciación neuronal, y agregaron acetato de retinol al medio de cultivo como una ayuda para el desarrollo del ojo.

Sus cerebros de bebés meticulosamente cuidados formaron vasos ópticos a los 30 días de desarrollo, con las estructuras claramente visibles a los 50 días. Esto es consistente con el momento del desarrollo del ojo en el embrión humano, lo que significa que estos organoides podrían ser útiles para estudiar las complejidades de este proceso.

También hay otras implicaciones. Las copas ópticas contenían diferentes tipos de células retinianas, que se organizaban en redes neuronales que respondían a la luz e incluso contenían lentes y tejido corneal. Finalmente, las estructuras mostraron conectividad retiniana con regiones del tejido cerebral.

«En el cerebro de los mamíferos, las fibras nerviosas de las células ganglionares de la retina se extienden para conectarse con sus objetivos cerebrales, un aspecto que nunca antes se había mostrado en un sistema in vitro», señaló Gopalakrishnan.

Y es reproducible. De los 314 organoides cerebrales que cultivó el equipo, el 73 por ciento desarrolló copas ópticas. Ahora el equipo pensará estrategias para mantener viables estas estructuras en escalas de tiempo más largas para realizar una investigación más profunda con un gran potencial.

«Se pueden desarrollar organoides cerebrales que contienen vesículas ópticas que muestran tipos de células neuronales altamente especializadas, allanando el camino para generar organoides personalizados y láminas epiteliales de pigmento retiniano para trasplantes», escribieron en su artículo. «Creemos que [estos] son organoides de próxima generación que ayudan a modelar las retinopatías que surgen de los primeros trastornos del neurodesarrollo».

La investigación se ha publicado en Cell Stem Cell.

Fuente: SciAl. Edición: MP.

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