Después de décadas de relativa negligencia, las células cerebrales en forma de estrella llamadas astrocitos finalmente se están venciendo. Para obtener información sobre un aspecto crítico del desarrollo del cerebro, un equipo de científicos examinó la maduración de los astrocitos en estructuras tridimensionales cultivadas en platos de cultivopara parecerse al tejido cerebral humano. El estudio, que confirma que las células cultivadas en laboratorio se desarrollan al mismo ritmo que las que se encuentran en los cerebros humanos, fue publicado en neurona y financiado en parte por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares NINDS de los NIH.
"Este trabajo aborda una brecha significativa en la investigación del cerebro humano al proporcionar una técnica invaluable para investigar el papel de los astrocitos tanto en el desarrollo normal como en la enfermedad", dijo la directora del programa NINDS, Jill Morris, Ph.D.
En 2015, un equipo dirigido por Sergiu Pasca, MD, profesor asistente de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Universidad de Stanford en California, y Ben Barres, MD, Ph.D., profesor de neurobiología de Stanford, publicó un método para tomarcélulas de la piel adultas, convirtiéndolas en células madre pluripotentes inducidas iPSC, y luego creciendo como grupos tridimensionales de células cerebrales llamadas esferoides corticales humanas hCS. Estas hCS, que se parecen mucho a las versiones en miniatura de una región cerebral particular, puedencrecer durante muchos meses. Las células en el grupo eventualmente se convierten en neuronas, astrocitos y otras células que se encuentran en el cerebro humano.
"Uno de los desafíos de estudiar el cerebro humano es la dificultad de examinarlo en diferentes etapas de desarrollo", dijo el Dr. Pasca. "Este es un sistema que intenta simular el desarrollo del cerebro paso a paso".
En el nuevo estudio, Steven Sloan, un estudiante del programa de doctorado / doctorado de Stanford, dirigió una serie de experimentos que comparaban los astrocitos de hCSs con los encontrados en el tejido del cerebro humano en desarrollo y adulto. El equipo hizo crecer los hCSs para20 meses, uno de los estudios más largos de células cerebrales humanas cultivadas en laboratorio.
Los resultados verificaron que las células cultivadas en laboratorio cambian con el tiempo de manera similar a las células tomadas directamente del tejido cerebral durante la vida muy temprana, un momento crítico para el crecimiento cerebral. Este proceso se considera crítico para el desarrollo normal del cerebro y se creen desviacionescausar una variedad de trastornos neurológicos y de salud mental, como la esquizofrenia y el autismo. La creación de hCS con células de pacientes podría permitir a los científicos descubrir la biología del desarrollo subyacente en el núcleo de estos trastornos.
"El sistema hCS hace posible reproducir el desarrollo de astrocitos de cualquier paciente", dijo el Dr. Barres. "Eso es enorme. No hay otra forma de que se pueda hacer eso sin este método".
El estudio actual mostró que los astrocitos cultivados con hCS se desarrollan a la misma velocidad que los que se encuentran en los cerebros humanos, en términos de su actividad genética, sus formas y sus funciones. Por ejemplo, los astrocitos tomados de hCS que fueron menos de seis meseslos viejos se multiplicaron rápidamente y se dedicaron a eliminar conexiones innecesarias entre las neuronas, al igual que los astrocitos en los bebés que crecen en el útero. Pero los astrocitos que crecieron en hCS durante más de nueve meses no pudieron reproducirse y eliminaron significativamente menos de esas conexiones, reflejando los astrocitos en los bebés 6a 12 meses de edad. Por otro lado, al igual que los astrocitos de los cerebros adultos y en desarrollo, los astrocitos de etapa temprana y tardía de hCS fueron igualmente efectivos para alentar la formación de nuevas conexiones entre las neuronas.
"Los astrocitos no son solo espectadores en el cerebro", dijo el Dr. Pasca. "No solo están ahí para mantener calientes las neuronas; en realidad participan activamente en la función neurológica".
"Dado que los astrocitos constituyen una mayor proporción de células cerebrales en humanos que en otras especies, puede reflejar una mayor necesidad de astrocitos en la función normal del cerebro humano, con consecuencias más significativas cuando no funcionan correctamente", agregó David Panchision, Ph.D., director del programa en el Instituto Nacional de Salud Mental NIMH, que también ayudó a financiar el estudio.
Los investigadores advierten que los hCS son solo un modelo y carecen de muchas características de los cerebros reales. Además, ciertos genes que están activos en astrocitos completamente maduros nunca se activaron en los astrocitos cultivados con hCS, lo que posiblemente podrían hacer si las células tuvieran mástiempo para desarrollarse. Para abordar esta cuestión, los investigadores ahora esperan identificar formas de producir células cerebrales maduras más rápidamente. Los hCS también podrían usarse para examinar con precisión qué causa que los astrocitos cambien con el tiempo y para detectar fármacos que puedan corregir cualquier diferencia que ocurraen enfermedad cerebral.
"Estas son preguntas que serán muy emocionantes de explorar", dijo el Dr. Barres.
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Materiales proporcionado por NIH / Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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