Investigación cerebral con organoides
Científicos desarrollan un método eficaz para modificar genéticamente organoides cerebrales
Los primates son unas de las criaturas más inteligentes y con mayores capacidades cognitivas. Sus cerebros son relativamente grandes en relación con su estatura y tienen una estructura compleja. Sin embargo, aún no está muy claro cómo se ha desarrollado el cerebro a lo largo de la evolución ni qué genes son responsables de sus elevadas capacidades cognitivas. Cuanto mejor comprendamos el papel de los genes en el desarrollo del cerebro, más probabilidades tendremos de desarrollar tratamientos para enfermedades cerebrales graves. Los investigadores abordan estas cuestiones eliminando o activando genes individuales y sacando así conclusiones sobre su papel en el desarrollo cerebral. Para evitar en lo posible los experimentos con animales, se utilizan como alternativa los organoides cerebrales. Estas estructuras celulares tridimensionales, de unos pocos milímetros de tamaño, reflejan distintas etapas del desarrollo cerebral y pueden modificarse genéticamente. Sin embargo, estas modificaciones suelen ser muy complejas, largas y costosas. Investigadores del Centro Alemán de Primates (DPZ) - Instituto Leibniz para la Investigación de Primates de Gotinga han logrado manipular genéticamente organoides cerebrales de forma rápida y eficaz. El procedimiento requiere sólo unos días, en lugar de los varios meses habituales, y puede utilizarse con organoides de distintas especies de primates. Los organoides cerebrales permiten así realizar estudios comparativos de la función de los genes en las primeras fases del desarrollo cerebral de los primates y ayudan a comprender mejor las enfermedades neurológicas (Jove Journal).
Imagen simbólica
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Sección de un organoide cerebral electroporado de un tití común. Verde: células electroporadas que brillan en verde debido a la proteína verde fluorescente; magenta: neuronas; gris: núcleos.
Lidiia Tynianskaia
Los organoides cerebrales se cultivan en el laboratorio a partir de las llamadas células madre pluripotentes inducidas. Estas células suelen derivar de células de la piel o de la sangre que se "reprograman" previamente. Es decir, se modifican para que regresen a células madre y puedan luego diferenciarse en cualquier otro tipo celular, como neuronas.
"Estamos especialmente interesados en los factores genéticos que subyacen al desarrollo del cerebro en los primates", explica Michael Heide, jefe del Grupo de Investigación Junior Desarrollo y Evolución Cerebral de la DPZ y autor del estudio. "Los organoides cerebrales nos permiten reproducir estos procesos en la placa de Petri. Para ello, sin embargo, necesitamos modificarlos genéticamente".
Hasta ahora, estos procedimientos eran a veces muy laboriosos y llevaban varios meses. El equipo de investigadores dirigido por Michael Heide ha desarrollado ahora un método que permite manipular genéticamente los organoides cerebrales de forma rápida y rentable.
"Utilizamos la microinyección y la electroporación para nuestro método", explica Heide. "En este proceso, el material genético se inyecta en los organoides con una cánula muy fina y se introduce en las células con la ayuda de un pequeño impulso eléctrico. Sólo lleva unos minutos, y los organoides cerebrales pueden analizarse al cabo de unos días".
Para insertar el material genético se utilizan plásmidos. Se trata de piezas circulares de ADN que contienen el gen de interés. En el estudio de viabilidad, los investigadores utilizaron para ello el gen de la proteína verde fluorescente (GFP). Así, las células modificadas con éxito en organoides cerebrales brillan en verde bajo luz fluorescente.
"El método es igualmente adecuado para organoides cerebrales de humanos, chimpancés, macacos rhesus y titíes comunes", resume Heide. "Esto nos permite realizar estudios comparativos sobre el desarrollo fisiológico y evolutivo del cerebro en primates y es también una herramienta eficaz para simular malformaciones neurológicas causadas genéticamente sin tener que utilizar monos en experimentos con animales."
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