Investigando un nuevo tipo de cerebro del tamaño de una cabeza de alfiler, desarrollado con tecnología sugerida por primera vez por tres estudiantes de secundaria, los investigadores de Johns Hopkins han confirmado una forma clave en que el virus del Zika causa microcefalia y otros daños en los cerebros fetales: al infectar especialistascélulas madre que construyen su capa externa, la corteza.
Los mini cerebros cultivados en laboratorio, que según los investigadores son más reales y más rentables que modelos de investigación similares, surgieron gracias al hijo de dos científicos de Johns Hopkins y otros dos estudiantes de secundaria que estaban haciendo pasantías de investigación de verano.Tuvieron la idea de hacer el equipo para hacer crecer los mini cerebros con una impresora 3-D. Estos llamados biorreactores, y los mini cerebros que fomentan, deberían abrir otras ventanas nuevas y valiosas al desarrollo del cerebro humano, trastornos cerebralesy pruebas de drogas, y tal vez incluso producen neuronas para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y otros trastornos, dicen los investigadores.
Un informe sobre la investigación aparece en línea el 22 de abril en la revista Celda .
"Hemos estado trabajando durante tres años para desarrollar un mejor modelo de investigación del desarrollo del cerebro, y es una suerte que ahora podamos usar este para arrojar luz sobre la gran crisis de salud pública que representan las infecciones por Zika", dice Hongjun Song, Ph.D., profesor de neurología y neurociencia en el Instituto de Ingeniería Celular de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. "Este modelo tridimensional más realista confirma lo que sospechábamos en base a lo que vimos en un cultivo celular bidimensional: que el Zika causamicrocefalia - cerebros y cabezas anormalmente pequeñas - principalmente atacando las células progenitoras neurales que construyen el cerebro y convirtiéndolas en fábricas de virus ".
En los últimos años, los investigadores en varios campos han comenzado a cultivar pequeños órganos a partir de células madre humanas para tener una mejor visión del desarrollo y la enfermedad, y acelerar la búsqueda de nuevos medicamentos. Pero las técnicas existentes para crear y trabajar con mini cerebros fueronSong dice que la limitación se debe a la complejidad del órgano. Aunque los mini cerebros en sí son del tamaño de una cabeza de alfiler, los biorreactores donde crecieron eran comparativamente grandes, aproximadamente del tamaño de una lata de refresco. Eso hizo que trabajar con los mini cerebros fuera costoso, dice el alto costo de los nutrientes necesarios para cultivar células madre humanas en el laboratorio, así como el costo de los factores de crecimiento químico que guían al tejido a organizarse como un cerebro real. Pocos laboratorios podrían permitirse cultivar suficientes minilos cerebros serán útiles para la investigación, dice Song, y los que produjeron tejidos con células especializadas para diferentes partes del cerebro se mezclaron al azar.
Song y su esposa y socio de investigación, Guo-li Ming, MD, Ph.D., profesor de neurología, neurociencia y psiquiatría y ciencias del comportamiento, encontraron una manera de mejorar los biorreactores de una fuente inesperada: su hijo y dosotros estudiantes de secundaria, de Nueva York y Texas, que pasaron un verano trabajando en el laboratorio. Los estudiantes trabajaron con impresoras 3-D y pensaron que podrían ser la clave para producir un mejor biorreactor, uno que se adaptara a los de uso común 12-bien placas de laboratorio y gire el líquido y las células dentro a la velocidad correcta para permitir que las células formen cerebros.
Por supuesto, no fue tan simple, dice Song. El estudiante graduado Xuyu Qian y su colega posdoctoral Ha Nam Nguyen, Ph.D., pasaron años determinando factores como cuál era esa velocidad óptima, así como qué productos químicos y crecimientose deben agregar factores a qué horas para obtener el resultado deseado.
El grupo ha utilizado hasta ahora el nuevo biorreactor, denominado SpinΩ, para hacer tres tipos de mini cerebros que imitan el frente, el medio y la parte posterior de un cerebro humano. Usaron el cerebro anterior, el primer mini cerebro con las seis capas detipos de células cerebrales que se encuentran en la corteza humana, para el estudio actual sobre Zika.
"Una cosa que los mini cerebros nos permitieron hacer fue modelar los efectos de la exposición al virus del Zika durante las diferentes etapas del embarazo", dice Ming. "Si la infección ocurrió muy temprano en el desarrollo, el virus infectaba principalmente a los mini cerebros"las células progenitoras neurales, y los efectos fueron muy severos. Después de un tiempo, los mini cerebros dejarían de crecer y se desintegrarían. En una etapa posterior, imitando el segundo trimestre, el Zika todavía infectaba preferentemente las células progenitoras neurales, pero también afectaba a algunas neuronas.El crecimiento fue más lento y la corteza fue más delgada que en los cerebros no infectados ".
Señala que estos efectos diferentes corresponden a lo que los médicos han visto en bebés nacidos de mujeres que contrajeron Zika durante el embarazo, así como en abortos espontáneos, a saber, que cuanto más temprano ocurra la infección por Zika en el embarazo, más graves serán sus efectos.
El próximo paso del grupo de investigación será probar los medicamentos ya aprobados por la FDA para otras afecciones en los mini cerebros para ver si uno podría proporcionar alguna protección contra el Zika. E incluyeron archivos de impresión en 3D para SpinΩ en el nuevo documento, por lo queque los investigadores en cualquier lugar pueden imprimir sus propios biorreactores con solo unos pocos cientos de dólares en materiales. Song dice que un posible uso futuro podría ser el crecimiento de las llamadas neuronas dopaminérgicas para el trasplante, para reemplazar las que mueren en la enfermedad de Parkinson ".frontera de la biología de las células madre ", dice.
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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