En 2013 los investigadores dirigidos por el científico del IMBA Jürgen Knoblich asombraron a la comunidad científica. A partir de células madre humanas, los investigadores de su laboratorio lograron cultivar modelos tridimensionales vivos de unidades básicas del cerebro humano en un plato. Estos llamados organoides cerebrales presentan unaGracias a este descubrimiento, los científicos pueden examinar cómo se desarrollan y funcionan las redes de células cerebrales humanas vivas y cómo se ven afectadas por diferentes compuestos farmacológicos o modificaciones genéticas.
Durante varios años, Knoblich y sus colegas han estado trabajando intensamente para modelar la compleja disposición de diferentes regiones del cerebro, un sello distintivo del cerebro humano, con el fin de aplicar esta tecnología para investigar una biología celular aún más sofisticada que podría ser la basede enfermedades neurológicas.
conectando dos regiones cerebrales diferentes en un plato
en una publicación actual en la revista Métodos de la naturaleza introducen una forma de controlar sistemáticamente el desarrollo y la diversidad de los organoides cerebrales. "En nuestra publicación, describimos un método para combinar diferentes tejidos cerebrales de elección. Para este propósito, dejamos dos 'bloques de construcción' diferentes del cerebro anterior,a saber, la parte dorsal y ventral, crecen juntas. Esta técnica llamada 'fusión' organoide nos permite observar interacciones complejas, como la migración celular y el crecimiento del axón, entre diferentes regiones del cerebro en desarrollo ", explica el primer autor Joshua Bagley, quien esinvestigador postdoctoral en IMBA.
Los científicos pudieron visualizar y analizar la migración de interneuronas inhibidoras de GABAérgicas. Estas interneuronas juegan un papel esencial para el correcto procesamiento de la actividad cerebral. Las disfunciones de estas unidades reguladoras están asociadas con la epilepsia, la esquizofrenia y el autismo. Por ejemplo, las interneuronas inhibidoras controlannivel de actividad dentro de los circuitos cerebrales locales y asegúrese de que no emitan señales eléctricas en exceso.Una pérdida de esta inhibición, posiblemente por migración celular defectuosa, puede conducir a una actividad excitadora anormal que conduce a ataques epilépticos.
Las células errantes eventualmente se pierden
En el curso del desarrollo del cerebro, las interneuronas se generan en una parte ventral del cerebro humano y migran a lo largo de una larga distancia a sus regiones corticales dorsales, navegando por señales químicas.
"Es fascinante cómo podemos visualizar las interneuronas que deambulan desde la región ventral a la dorsal. Estos tipos de células se orientan mediante un proceso llamado quimiotaxis, para encontrar su región objetivo. Si estas señales químicas se alteran, las interneuronas se confunden,perder el rumbo y podría no llegar al lugar correcto para controlar sus neuronas vecinas: las convulsiones epilépticas pueden ser una consecuencia directa ", ilustra Daniel Reumann, estudiante de doctorado en IMBA y coautor del estudio.
Una proteína llamada CXCR4 juega un papel clave en la migración de interneuronas. Los investigadores desactivaron esta señal molecular con un medicamento llamado AMD3100, que inhibe CXCR4 y podría visualizar que la migración de las interneuronas se vio afectada. Este mal funcionamiento podría desempeñar un papel enconvulsiones epilépticas, pero también potencialmente en otros trastornos neurológicos como la esquizofrenia.
"Hasta hace unos años, los científicos carecían de las posibilidades de comprender las diversas causas de la enfermedad neurológica lo suficiente. Las fusiones de organoides podrían presentar un cambio de paradigma ya que este nuevo método nos proporciona un entorno controlado para explorar mecanismos no buscados de epilepsia y otros nerviosenfermedades. Nuestra tecnología también ofrece la posibilidad de probar posibles compuestos terapéuticos, ya que podemos utilizar las células de los pacientes para desarrollar organoides. Esperamos que nuestro trabajo contribuya a una mejor comprensión de los fallos que se producen durante el desarrollo complejo de nuestro cerebro y, con suerte, allanar elcamino para posibles tratamientos ", afirma Jürgen Knoblich.
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Materiales proporcionado por Instituto de Biotecnología Molecular IMBA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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