Se han cultivado más de 400 tipos diferentes de células nerviosas, muchas más que nunca
Los modelos de cultivo celular con células de este tipo son de interés para la investigación de enfermedades, así como para probar nuevos fármacos en la investigación farmacéutica
Por primera vez, investigadores de la ETH de Zúrich han logrado producir cientos de tipos distintos de células nerviosas a partir de células madre humanas en placas de Petri. De este modo, en el futuro será posible investigar trastornos neurológicos utilizando cultivos celulares en lugar de ensayos con animales.
Las células nerviosas no son sólo células nerviosas. Según los cálculos más recientes, en el cerebro humano hay entre varios cientos y varios miles de tipos diferentes de células nerviosas. Estos tipos de células varían en su función, en el número y longitud de sus apéndices celulares y en sus interconexiones. Emiten distintos neurotransmisores en nuestras sinapsis y, según la región del cerebro -por ejemplo, la corteza cerebral o el mesencéfalo-, están activos distintos tipos celulares.
En el pasado, cuando los científicos producían células nerviosas a partir de células madre en placas de Petri para sus experimentos, no era posible tener en cuenta su enorme diversidad. Hasta ahora, los investigadores sólo habían desarrollado procedimientos para cultivar in vitro unas pocas docenas de tipos diferentes de células nerviosas. Lo conseguían mediante ingeniería genética o añadiendo moléculas de señalización para activar determinadas vías de señalización celular. Sin embargo, nunca se acercaron a la diversidad de cientos o miles de tipos de células nerviosas que existe en la actualidad.
"Las neuronas derivadas de células madre se utilizan con frecuencia para estudiar enfermedades. Pero hasta ahora, los investigadores han ignorado a menudo con qué tipos precisos de neuronas están trabajando", afirma Barbara Treutlein, catedrática del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH de Zúrich (Basilea). Sin embargo, éste no es el mejor enfoque para este tipo de trabajo. "Si queremos desarrollar modelos de cultivo celular para enfermedades y trastornos como el Alzheimer, el Parkinson y la depresión, tenemos que tener en cuenta el tipo específico de célula nerviosa implicada".
La selección sistemática fue la clave del éxito
Treutlein y su equipo han logrado producir más de 400 tipos diferentes de células nerviosas. Con ello, los científicos han allanado el camino para una investigación neurológica básica más precisa con experimentos de cultivo celular.
Los investigadores de la ETH lo consiguieron trabajando con un cultivo de células madre pluripotentes inducidas humanas que habían sido generadas a partir de células sanguíneas. En estas células, utilizaron ingeniería genética para activar determinados genes reguladores neuronales y trataron las células con diversos morfógenos, una clase especial de moléculas de señalización. Treutlein y su equipo adoptaron un enfoque sistemático, utilizando siete morfógenos en diferentes combinaciones y concentraciones en sus experimentos de cribado. El resultado fueron casi 200 conjuntos diferentes de condiciones experimentales.
Los investigadores utilizaron diversos análisis para demostrar que habían producido más de 400 tipos diferentes de células nerviosas en su experimento. Examinaron el ARN (y, por tanto, la actividad genética) a nivel de células individuales, así como el aspecto externo de las células y su función: por ejemplo, qué tipo de apéndice celular tenían en qué cantidades y qué impulsos nerviosos eléctricos emitían.
A continuación, los investigadores compararon sus datos con la información de bases de datos de neuronas del cerebro humano. De este modo, pudieron identificar los tipos de células nerviosas que se habían creado, como las que se encuentran en el sistema nervioso periférico o las cerebrales, así como la parte del cerebro de la que proceden, si perciben el dolor, el frío o el movimiento, etc.
Neuronas in vitro para la investigación de principios activos
Treutlein aclara que aún están muy lejos de producir in vitro todos los tipos de células nerviosas que existen. No obstante, los investigadores tienen ahora acceso a un número de tipos celulares mucho mayor que antes.
Les gustaría utilizar células nerviosas in vitro para desarrollar modelos de cultivo celular que permitan estudiar enfermedades neurológicas graves, como la esquizofrenia, el Alzheimer, el Parkinson, la epilepsia, los trastornos del sueño y la esclerosis múltiple. Los modelos de cultivo celular de este tipo también son de gran interés en la investigación farmacéutica para probar los efectos de nuevos compuestos activos en cultivos celulares sin ensayos con animales, con el objetivo último de poder curar algún día estas afecciones.
En el futuro, las células también podrían utilizarse para la terapia de reemplazo celular, que consiste en sustituir las células nerviosas enfermas o muertas del cerebro por células humanas nuevas.
Pero antes de que esto ocurra hay que superar un reto: en sus experimentos, los investigadores produjeron a menudo una mezcla de varios tipos distintos de células nerviosas. Ahora están trabajando para optimizar su método de modo que cada condición experimental sólo produzca un tipo específico de célula. Ya tienen algunas ideas iniciales sobre cómo lograrlo.
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Publicación original
Hsiu-Chuan Lin, Jasper Janssens, Benedikt Eisinger, Philipp Hornauer, Ann-Sophie Kroell, Malgorzata Santel, Maria Pascual-Garcia, Ryoko Okamoto, Kyriaki Karava, Zhisong He, Marthe Priouret, Manuel Schröter, J. Gray Camp, Barbara Treutlein; "Human neuron subtype programming via single-cell transcriptome-coupled patterning screens"; Science, Volume 389
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