Los organoides cerebrales, también llamados mini cerebros, son modelos celulares en 3D que representan aspectos del cerebro humano en el laboratorio. Los organoides cerebrales ayudan a los investigadores a rastrear el desarrollo humano, desentrañar los eventos moleculares que conducen a la enfermedad y probar nuevos tratamientos.
No son réplicas perfectas, por supuesto. Los organoides cerebrales no replican la función cognitiva, pero los investigadores pueden verificar cómo la estructura física o la expresión génica de un organoide cambia con el tiempo o como resultado de un virus o medicamento.
A medida que crecen grupos de células nerviosas del tamaño de una lenteja en un plato de laboratorio, comienzan a disparar señales eléctricas rítmicas. Estas oscilaciones comparten algunas características con las que se encuentran en los cerebros de los bebés humanos en desarrollo, informan los investigadores.
Las esferas tridimensionales de las células cerebrales humanas, llamadas organoides cerebrales, son modelos extremadamente simplistas del cerebro humano. Aun así, estos organoides fáciles de obtener pueden ofrecer una mejor manera de estudiar cómo se hace un cerebro y cómo ese proceso puede salir mal.
«El campo es candente», con un rápido progreso tanto en la fabricación como en la comprensión de los organoides cerebrales, dice John Huguenard, neurocientífico de la Universidad de Stanford que no participó en el estudio.
Encontrar este tipo de actividad eléctrica coordinada en las células nerviosas de los organoides, o neuronas, es lo primero, dice. «Las neuronas crecen y se vuelven lo suficientemente maduras donde no solo pueden comenzar a comportarse como neuronas y dispararse individualmente, sino que ahora pueden coordinarse».
Para el estudio, los investigadores persuadieron a las células madre para que formaran algunas de las neuronas que forman la capa externa del cerebro. Estos organoides corticales crecieron en platos de laboratorio que contenían conjuntos de electrodos impresos a lo largo de la parte inferior, lo que permitió a los científicos controlar la actividad eléctrica a medida que se desarrollaban los organoides.
Después de dos meses, los electrodos comenzaron a captar ondas neuronales, o comportamiento colectivo que proviene de muchas neuronas que disparan señales en tándem. Entre cuatro y seis meses, la actividad eléctrica en las células cultivadas en laboratorio había alcanzado niveles «nunca antes vistos», dice el coautor Alysson Muotri, neurocientífico de la Universidad de California en San Diego. Esas señales sugieren que las neuronas en los organoides habían hecho miles de millones de conexiones, dice.
A los nueve meses, los organoides exhibieron actividad eléctrica que se hizo eco de la actividad cerebral de los recién nacidos. Los modelos matemáticos sugieren que «el organoide está evolucionando de la misma manera que lo haría el cerebro del bebé humano, alcanzando niveles similares a los de un bebé recién nacido en nueve meses», dice Muotri.
Aunque los organoides pueden vivir en el laboratorio durante varios años, su actividad eléctrica se estabiliza alrededor de los nueve meses, dice Muotri. Se necesitarían mejoras adicionales para que los organoides se desarrollen más completamente.
Estos organoides, cada uno aproximadamente un millón de veces más pequeño que un cerebro humano, carecen de la compleja combinación de células que ayudan a dar forma a las ondas neurales en las personas. Muotri y sus colegas están explorando formas de aumentar la complejidad, quizás agregando más tipos de células o un suministro de sangre. Y los científicos están estimulando los organoides, entregando señales similares a las que las neuronas podrían recibir de otras regiones del cerebro o del mundo exterior, fuerzas conocidas por esculpir el cerebro en crecimiento.
La investigación «proporciona un marco inicial para analizar cómo se forman estas redes neuronales», dice el neurocientífico Mark Hester del Nationwide Children’s Hospital en Columbus, Ohio, cuyo trabajo también involucra señales eléctricas creadas por la maduración de los organoides cerebrales. Sin embargo, es importante recordar que estos organoides no son reales, sino simplemente un modelo, dice. «No estamos viendo un cerebro en miniatura».
Mayor información: Cleber A.Trujillo, Richard Gao et al. «Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development» Cell Stem Cell, Published: August 29, 2019.