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Según un estudio, el "mini cerebro" de células madre es muy similar al cerebro real

Construir un modelo realista del cerebro humano es una parte crucial para comprender el desarrollo del cerebro, así como también los trastornos neurológicos como el Alzheimer o la enfermedad de Parkinson. Usando células madre humanas, los investigadores han creado un modelo 3-D del cerebro humano, y una nueva investigación investiga cuán similar es a un cerebro real.
Un nuevo estudio evalúa la funcionalidad de un modelo cerebral 3-D, que se muestra aquí en una sección transversal fluorescente. Crédito de la imagen: Madeline Lancaster / Medical Research Council, Laboratory of Molecular Biology, Reino Unido.

Tener un buen modelo del cerebro humano permite a los científicos investigar los trastornos neurológicos, obtener más información sobre el desarrollo y la función del cerebro y, tal vez en el futuro, incluso probar medicamentos experimentales antes de que entren en la etapa de ensayo clínico.

Actualmente, los científicos suelen utilizar modelos cerebrales en 2-D. Sin embargo, los últimos desarrollos en el modelado cerebral incluyen la creación de tejido funcional similar al cerebro 3-D y "mini-cerebros" completos de células madre humanas.

Una nueva investigación investiga un modelo de mini-cerebro 3-D y examina sus ventajas sobre un modelo de cerebro 2-D.

El estudio fue llevado a cabo por científicos del Instituto Salk, y los hallazgos se publicaron en la revista Informes de células.

Desarrollos en modelado cerebral

La capacidad de hacer crecer un cerebro completamente fuera de las células humanas no es algo nuevo, pero es bastante reciente y los autores de este nuevo estudio la elogiaron como "un gran avance".

Los investigadores del Instituto Salk citan el estudio europeo de 2013, en el que los científicos desarrollaron un modelo de organoide cerebral (CO) in vitro a partir de células madre embrionarias y adultas. Luego, los investigadores colocaron las células en un gel 3-D, donde se desarrollaron en capas realistas que reflejaban un cerebro humano real.

Antes de eso, las células madre embrionarias se habían transformado en células cerebrales de una sola capa dentro de una placa de Petri, pero esto tenía la limitación obvia de ser 2-D en lugar del cerebro real 3-D.

Los modelos cerebrales 2-D limitados son ampliamente utilizados en la actualidad, pero los investigadores del Salk Institute señalan las ventajas de los modelos 3-D CO.

"Ser capaz de desarrollar células cerebrales humanas como órganos tridimensionales en miniatura fue un verdadero avance", dice Joseph Ecker, autor principal del nuevo estudio, un investigador del Instituto Médico Howard Hughes y profesor y director del Laboratorio de Análisis Genómico de Salk. "Ahora que tenemos un modelo estructuralmente realista, podemos comenzar a preguntar si también es funcionalmente realista, al observar sus características genéticas y epigenéticas".

Evaluar las características genéticas y epigenéticas de mini-cerebros

Los investigadores dirigidos por Ecker compararon CO de desarrollo temprano con tejido cerebral real en la misma etapa de desarrollo inicial.

El equipo creó CO para su análisis utilizando una línea celular embrionaria humana llamada H9. Químicamente indujeron a las células a una vía de neurodesarrollo durante 60 días.

Luego, los investigadores analizaron la epigenética de los mini-cerebros, observando los patrones de los marcadores químicos que son responsables de activar o silenciar los genes.

El interés de los investigadores en la epigenética proviene de la creciente evidencia de que los factores ambientales, incluida la dieta o el estrés, juegan un papel en enfermedades cerebrales como la esquizofrenia.

Ecker y su equipo compararon sus resultados con tejido real de la misma edad del Instituto Nacional de Salud (NIH) NeuroBioBank y otros datos del modelo cerebral bidimensional.

Modelos 3-D muy similares a los cerebros reales

Aunque los CO han crecido en laboratorios desde hace tres años, hasta ahora no se sabía cuán similarmente se comportaban con cerebros reales hasta que Ecker y el equipo los analizaron en su nuevo estudio.

Los investigadores encontraron que los CO eran mucho más similares al tejido cerebral real que los modelos 2-D en términos de diferenciación celular y expresión genética. En la etapa inicial del desarrollo, los mini-cerebros se desarrollan a un ritmo muy similar al de los cerebros reales.

Epigenéticamente, el estudio ha demostrado que los modelos 3-D y 2-D tenían patrones aberrantes similares, que es común a todas las células cultivadas in vitro en comparación con in vivo. El significado de esta diferencia aún no está claro, señala Ecker, pero es muy significativo en términos de cuán similar puede ser un modelo para un cerebro real.

"Nuestros hallazgos muestran que los organoides cerebrales como un modelo 3-D de la función cerebral se están acercando a un cerebro real en comparación con los modelos 2-D, por lo que quizás utilizando el patrón epigenético como indicador podamos acercarnos aún más", dice Ecker.

El primer autor del artículo, Chongyuan Luo, también enfatiza la contribución que su estudio aporta a la neurología.

"Nadie ha realizado antes la secuenciación del epigenoma para organoides cerebrales. Este tipo de evaluación es tan importante para comprender el desarrollo del cerebro, especialmente si finalmente usaremos estos tejidos para terapias neurológicas".

Chongyuan Luo

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