Los investigadores de UCLA han desarrollado una técnica mejorada para crear tejido cerebral humano simplificado a partir de células madre. Debido a que estos llamados "mini organoides cerebrales" imitan los cerebros humanos en cómo crecen y se desarrollan, son vitales para estudiar enfermedades neurológicas complejas.
En un estudio publicado en la revista Informes de celda , los investigadores utilizaron los organoides para comprender mejor cómo el Zika infecta y daña el tejido cerebral fetal, lo que les permitió identificar medicamentos que podrían prevenir los efectos dañinos del virus.
La investigación, dirigida por el autor principal Ben Novitch, podría conducir a nuevas formas de estudiar los trastornos neurológicos y del desarrollo neurológico humano, como la epilepsia, el autismo y la esquizofrenia.
"Las enfermedades que afectan el cerebro y el sistema nervioso se encuentran entre las afecciones médicas más debilitantes", dijo Novitch, Profesor de Neurobiología Ethel Scheibel de la UCLA y miembro del Centro Eli y Edythe Broad de Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre en la UCLA ".Los mini organoides cerebrales nos brindan oportunidades para examinar las características del cerebro humano que no están presentes en otros modelos, y anticipamos que su similitud con el cerebro humano real nos permitirá probar cómo varias drogas impactan en el tejido cerebral anormal o enfermo en mucho mayordetalle."
Durante aproximadamente cinco años, los científicos han estado utilizando células madre pluripotentes humanas, que pueden crear cualquier tipo de célula en el cuerpo, para desarrollar mini organoides cerebrales. Pero los organoides que produjeron en general han sido difíciles de usar para la investigación porque tenían una gran variaciónestructuras y composición celular inconsistente, y porque no imitaban correctamente la estructura en capas del cerebro y eran demasiado pequeñas, a menudo no más grandes que la cabeza de un alfiler. Tampoco sobrevivieron mucho tiempo en el laboratorio y contenían neuronastejido que era difícil de clasificar en relación con el tejido cerebral humano real.
Los organoides desarrollados por el grupo de Novitch tienen una estructura estratificada que imita con precisión las capas similares a la cebolla del cerebro humano, sobreviven más tiempo y tienen una forma más grande y más uniforme.
Para crear los organoides cerebrales, Novitch y su equipo hicieron varias modificaciones a los métodos que otros científicos usaron previamente: los investigadores de la UCLA usaron un número específico de células madre y placas de Petri especializadas con un entorno químico modificado; los métodos anteriores usaron cantidades variables decélulas y un tipo diferente de plato. Y agregaron un factor de crecimiento llamado LIF, que estimuló una vía de señalización celular que es crítica para el crecimiento del cerebro humano.
Los investigadores encontraron similitudes críticas entre los organoides que desarrollaron y el tejido cerebral humano real. Entre ellos: la anatomía de los organoides se parecía mucho a la de la corteza humana, la región del cerebro asociada con el pensamiento, el habla y la toma de decisiones; y una diversidadTodos los tipos de células neuronales que se encuentran comúnmente en la corteza estaban presentes en los organoides, y exhibían actividades eléctricas y función de red, lo que significa que eran capaces de comunicarse g entre sí, al igual que las redes neuronales en el cerebro humano.
Los científicos de la UCLA también descubrieron que podían modificar su metodología para hacer otras partes del cerebro, incluidos los ganglios basales, que están involucrados en el control del movimiento y se ven afectados por afecciones neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Huntington.
"Si bien nuestros organoides no están cerca de ser cerebros humanos completamente funcionales, imitan la estructura del cerebro humano de manera mucho más consistente que otros modelos", dijo Momoko Watanabe, investigadora postdoctoral de UCLA y primera autora del estudio. "Otros científicos puedenuse nuestros métodos para mejorar la investigación del cerebro porque los datos serán más precisos y consistentes de un experimento a otro y más comparables con el cerebro humano real ".
Cuando el equipo expuso los organoides al Zika, descubrieron específicamente cómo el virus destruye las células madre neurales, las células de las cuales crece el cerebro durante el desarrollo fetal. El equipo de Novitch descubrió que hay cuatro moléculas específicas, llamadas receptores, en la superficie externade células madre neurales; estudios previos han indicado que el virus del Zika podría unirse a estos receptores e infectar las células. Luego, los investigadores mapearon los cambios que ocurren en las células madre neurales después de la infección por Zika, presentando una imagen más clara de cómo se infiltra el virus ydaña el tejido cerebral fetal.
El zika se asocia con una incidencia inusualmente alta de daño cerebral fetal, por lo que comprender cómo las células madre neurales se ven afectadas por el virus podría ser un nuevo paso importante hacia un tratamiento.
Los investigadores probaron varios medicamentos en los organoides infectados con Zika. Encontraron tres que son efectivos para bloquear la entrada del virus en el tejido cerebral, incluidos dos que protegieron las células madre neurales al evitar la interacción entre el virus y los receptores de entrada en el nerviocélulas madre. En estudios previos realizados por Novitch y otros colegas de la UCLA, uno de esos medicamentos redujo el daño cerebral en ratones fetales infectados con Zika.
"Muchas enfermedades o afecciones neurológicas surgen de defectos en la forma en que una neurona se comunica con otra o de la forma en que un factor externo, como un virus, interactúa con las células neurales", dijo Novitch. "Si podemos concentrarnos en el nivelde comunicación celular, deberíamos ser capaces de modelar esas interacciones celulares indeseables y contrarrestarlas con medicamentos u otras terapias ".
El equipo planea continuar usando sus organoides mejorados para comprender mejor el desarrollo del cerebro humano y aprender más sobre los trastornos del espectro autista, la epilepsia y otras afecciones neurológicas.
Los medicamentos experimentales utilizados en el estudio preclínico no han sido probados en humanos ni aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos para tratar el Zika en humanos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Ciencias de la salud de Los Ángeles . Original escrito por Mirabai Vogt-James. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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