Los científicos de la Universidad Estatal de Ohio han desarrollado un cerebro humano casi completo en un plato que equivale a la madurez cerebral de un feto de cinco semanas.
El organoide cerebral, diseñado a partir de células de piel humana adultas, es el modelo de cerebro humano más completo desarrollado hasta ahora, dijo Rene Anand, profesor de química biológica y farmacología en el estado de Ohio.
El cerebro cultivado en laboratorio, aproximadamente del tamaño de un borrador de lápiz, tiene una estructura identificable y contiene el 99 por ciento de los genes presentes en el cerebro fetal humano. Tal sistema permitirá pruebas éticas y más rápidas y precisas de drogas experimentales antesLa etapa del ensayo clínico y los estudios avanzados de las causas genéticas y ambientales de los trastornos del sistema nervioso central.
"No solo se parece al cerebro en desarrollo, sus diversos tipos de células expresan casi todos los genes como un cerebro", dijo Anand. "Hemos luchado durante mucho tiempo tratando de resolver problemas complejos de enfermedades cerebrales que causan un tremendo dolor y sufrimiento. El poder de este modelo cerebral es un buen augurio para la salud humana porque nos brinda opciones mejores y más relevantes para probar y desarrollar terapias que no sean roedores ".
Anand informó sobre su cerebro cultivado en laboratorio el martes 18 de agosto en el Simposio de Investigación del Sistema de Salud Militar 2015 en Ft. Lauderdale, Florida.
Anand, quien estudia la asociación entre los receptores nicotínicos y los trastornos del sistema nervioso central, se inspiró para seguir un modelo de biología neural humana después de encontrar resultados decepcionantes en un estudio con roedores de un medicamento experimental para el autismo. Aprovechar la oportunidad con un presupuesto reducido en comparación conotros investigadores que realizan proyectos similares, agregó ingeniería de células madre a su programa de investigación. Cuatro años más tarde, se había construido una réplica del cerebro humano.
Lo principal que falta en este modelo es un sistema vascular. Lo que hay allí, una médula espinal, todas las regiones principales del cerebro, múltiples tipos de células, circuitos de señalización e incluso una retina, tiene el potencial de acelerar drásticamente el ritmode investigación en neurociencia, dijo Anand, también profesor de neurociencia.
"En las enfermedades del sistema nervioso central, esto permitirá estudios de susceptibilidad genética subyacente o influencias puramente ambientales, o una combinación", dijo. "La ciencia genómica infiere que hay hasta 600 genes que dan lugar al autismo, pero estamosatascado allí. Las correlaciones matemáticas y los métodos estadísticos son insuficientes para identificar por sí mismos la causalidad. Se necesita un sistema experimental, se necesita un cerebro humano ".
La conversión de células cutáneas adultas en células pluripotentes, células madre inmaduras que pueden programarse para convertirse en cualquier tejido del cuerpo, es un área de ciencia en rápido desarrollo que le valió al investigador que descubrió la técnica, Shinya Yamanaka, un Premio Nobel en2012.
"Una vez que una célula está en ese estado pluripotente, puede convertirse en cualquier órgano, si sabes qué hacer para que se convierta en ese órgano", dijo Anand. "El cerebro ha sido el Santo Grial debido a su enorme complejidaden comparación con cualquier otro órgano. Otros grupos están intentando hacer esto también "
El método de Anand es propietario y ha presentado una divulgación de invención con la universidad.
Dijo que usó técnicas para diferenciar las células madre pluripotentes en células que están diseñadas para convertirse en tejido neural, componentes del sistema nervioso central u otras regiones del cerebro.
"Brindamos el mejor ambiente y condiciones posibles que reproducen lo que sucede en el útero para apoyar el cerebro", dijo sobre el trabajo que completó con su colega Susan McKay, investigadora asociada en química biológica y farmacología.
Las imágenes de alta resolución del organoide identifican las neuronas funcionales y sus extensiones portadoras de señales axones y dendritas, así como los astrocitos, oligodendrocitos y microglia. El modelo también activa los marcadores de las células que tienen las funciones clásicas de excitación e inhibición enel cerebro, y eso permite que las señales químicas viajen a través de la estructura.
Se necesitan alrededor de 15 semanas para construir un sistema modelo desarrollado para que coincida con el cerebro humano fetal de cinco semanas. Anand y McKay han dejado que el modelo continúe creciendo hasta el punto de 12 semanas, observando los cambios de maduración esperados en el camino.
"Si lo dejamos pasar a 16 o 20 semanas, eso podría completarlo, completando ese 1 por ciento de los genes faltantes. Todavía no lo sabemos", dijo.
Él y McKay ya han utilizado la plataforma para lanzar sus propios proyectos, creando modelos organoides cerebrales de las enfermedades de Alzheimer y Parkinson y el autismo en un plato. Esperan que con un mayor desarrollo y la adición de un suministro de sangre de bombeo, el modelo pueda serutilizado para estudios de terapia de accidente cerebrovascular. Para fines militares, el sistema ofrece una nueva plataforma para el estudio de enfermedades de la Guerra del Golfo, lesiones cerebrales traumáticas y trastorno de estrés postraumático.
Anand espera que su modelo de cerebro pueda incorporarse al programa de Sistemas Microfisiológicos, una plataforma que la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa está desarrollando mediante el uso de tejido humano diseñado para imitar los sistemas fisiológicos humanos.
El apoyo para el trabajo provino del Fondo de Investigación Marci y Bill Ingram para Trastornos del Espectro Autista y el Fondo de Investigación del Centro Médico Wexner de la Universidad Estatal de Ohio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Ohio . Original escrito por Emily Caldwell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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