Por primera vez, científicos crean mini cerebros humanos con sistemas de seguridad incorporados

Los pequeños organoides, aproximadamente del tamaño de una semilla de sésamo, incluyen barreras hematoencefálicas (BHE) funcionales. En un cerebro de tamaño completo, la BHE protege el delicado órgano de sustancias potencialmente dañinas que podrían estar circulando por el resto del cuerpo.

«Ensambloide» formándose a medida que las células vasculares y las células cerebrales comienzan a fusionarse en una sola esfera. Esto ocurre alrededor del día 13 de su combinación, y están completamente fusionadas para el día 30. Crédito: Cincinnati Children’s y Ziyuan Guo.

«La falta de un modelo auténtico de BHE humana ha sido un gran obstáculo para estudiar enfermedades neurológicas», comentó Ziyuan Guo, neurobiólogo y científico especializado en células madre del Cincinnati Children’s Hospital Medical Center, en un comunicado. «Este es un avance importante porque los modelos animales que usamos actualmente en la investigación no reflejan con precisión el desarrollo del cerebro humano ni la funcionalidad de la BHE».

Ziyuan y sus colegas describieron sus diminutos modelos de cerebros con BHE en un estudio publicado en la revista Cell Stem Cell.

Ensambloides

En el cuerpo, la BHE recubre los vasos sanguíneos que atraviesan el cerebro y solo permite el paso de ciertas sustancias, como hormonas y glucosa, mientras bloquea amenazas como toxinas y bacterias. También impide el paso de muchos medicamentos, lo que representa un desafío para los desarrolladores de fármacos que trabajan en tratamientos para enfermedades cerebrales.

Los nuevos modelos cultivados en laboratorio combinan organoides cerebrales —grupos tridimensionales de células cerebrales cultivadas a partir de células madre— con organoides de vasos sanguíneos, que también se cultivan a partir de células madre pero se asemejan a la vasculatura del cuerpo. Juntos, estos dos tipos de organoides forman lo que los investigadores llaman «ensambloides», que simulan cómo las células cerebrales y de los vasos sanguíneos en desarrollo crecen e interactúan entre sí.

El estudio mostró que, aproximadamente un mes después de combinarse, los dos tipos de organoides se fusionaron en estructuras esféricas que medían cada una alrededor del tamaño de una semilla de sésamo.

«El cultivo que soporta el crecimiento y la fusión de los dos organoides debe controlarse cuidadosamente, y una matriz de gel físico actúa como un andamio para ayudar a sostener los ensambloides», explicó Ziyuan al medio Live Science.

Como prueba de concepto de cómo podrían utilizarse estos modelos, los investigadores cultivaron ensambloides con células de pacientes con una malformación cavernosa cerebral; es decir, un grupo de vasos sanguíneos anormalmente formados en su sistema nervioso —usualmente producto de mutaciones genéticas que pueden causar síntomas que llevan a complicaciones graves, como accidentes cerebrovasculares y convulsiones—.

El resultado fue la captura efectiva de las características celulares observadas en personas con este tipo de malformaciones, lo cual ofreció nuevos conocimientos sobre la patología molecular y celular subyacente de los trastornos vasculares cerebrales.

5 meses de desarrollo

«En las pruebas iniciales, los ensambloides con BHE pueden cultivarse durante hasta cinco meses, o potencialmente más, aunque esto no se ha probado», precisó Ziyuan. «Cuatro a cinco meses de crecimiento corresponden aproximadamente al segundo trimestre del desarrollo cerebral en el útero».

Ensambloide en el día 30. Crédito: Cincinnati Children’s y Ziyuan Guo.

En el futuro, el equipo planea cultivar ensambloides similares usando células madre de personas con diferentes enfermedades cerebrales, de modo que los modelos finales reflejen la biología subyacente de esas condiciones. Y en un sentido más amplio, podrían no solo usarse para estudiar enfermedades cerebrales, sino también para investigar cómo las toxinas dañan el cerebro y la BHE, y revelar nuevas estrategias para la administración de medicamentos.

«Los ensambloides con BHE representan una tecnología revolucionaria con amplias implicaciones para la neurociencia, el descubrimiento de fármacos y la medicina personalizada», concluyó Ziyuan.

Fuente: Cincinnati Children’s. Edición: MP.