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Los organoides encefálicos ofrecen robustos modelos 3D para estudiar el neurodesarrollo humano

Lo ideal sería que quienes investigan los trastornos del desarrollo neurológico tuvieran acceso directo al encéfalo en crecimiento para entender lo que sucede en él. Con el proyecto ProTeAN, se ha contribuido a desarrollar la mejor aproximación posible: modelos encefálicos en 3D llamados organoides.

Salud

Un obstáculo para comprender mejor el autismo y otros trastornos del desarrollo neurológico es la imposibilidad de los investigadores de acceder a tejido encefálico humano vivo para estudiar este espectro a nivel molecular y celular. Por tanto, dependen de modelos animales, no totalmente comparables con los humanos. Sin embargo, el proyecto ProTeAN, respaldado por el programa de Acciones Marie Skłodowska-Curie, ha podido beneficiarse de grandes avances recientes en el campo de las células madre para crear modelos en 3D llamados organoides. Los organoides son capaces de simular el desarrollo del encéfalo humano y también de adquirir funciones encefálicas maduras, como la formación de redes neuronales activadas. El equipo generó organoides encefálicos a partir de células madre dentales, extraídas de dientes de leche o muelas del juicio. «Este modelo nos da a entender que vamos por buen camino para comprender mejor la biología humana de los trastornos del desarrollo neurológico», afirma Catarina Seabra, beneficiaria de una beca individual en el Centro de Neurociencias y Biología Celular de la Universidad de Coímbra (Portugal), entidad auspiciadora del proyecto. El equipo ha puesto en marcha el primer biobanco de células madre dentales en Portugal destinado al estudio de los trastornos encefálicos, con la aprobación ética tanto del Hospital Pediátrico de Coímbra como de la Universidad de Coímbra. Dicha aprobación permite reprogramar las células para garantizar su capacidad de adoptar prácticamente cualquier tipo celular, lo que se conoce como pluripotencia. El biobanco incluye células madre dentales extraídas tanto de personas con autismo como de grupos de control, las cuales demostraron ya ser un recurso fundamental en el proyecto Syn2Psy, financiado con fondos europeos. Se ha entrevistado al equipo en canales de televisión portugueses, como RTP y SIC, cuyos programas tuvieron una audiencia de más de un millón de personas en Portugal.

De células madre dentales a organoides encefálicos

El objetivo de ProTeAN era desarrollar organoides encefálicos que permitieran a las neuronas —los componentes básicos del encéfalo— crecer en un entorno tridimensional y formar las complejas estructuras presentes en los humanos. La composición del organoide, junto con propiedades neuronales como la complejidad y la comunicación, podrían luego probarse en el laboratorio. Comparar las muestras de los pacientes con otras de control podría revelar qué se altera en el autismo durante el desarrollo neuronal o de la comunicación. Para asegurar su idoneidad, las células madre dentales se caracterizaron mediante citometría de flujo para identificar las proteínas de la superficie celular y por RCP‐RT en tiempo real, para detectar las proteínas codificadas por los genes. A continuación, se indujo a esas células para convertirlas en células madre pluripotentes, las cuales se utilizaron para crear organoides encefálicos tridimensionales. «Creamos marcos temporales clave para comprender mejor los hitos del desarrollo de organoides. Descubrimos que, a los tres meses, los organoides encefálicos expresaban marcadores neuronales maduros, lo que señala su potencial como modelos robustos de desarrollo neurológico. No obstante, solamente apreciamos actividad eléctrica compleja en organoides de seis meses», añade Seabra.

Hacia la medicina personalizada

La labor llevada a cabo en el proyecto podría contribuir a mejorar la salud y el bienestar de quienes viven con estos trastornos del desarrollo neurológico y reducir su impacto socioeconómico. «En el futuro, esperamos usar organoides encefálicos derivados de pacientes para diseñar y probar tratamientos personalizados. En este momento, nos centramos en comprender mejor los cambios moleculares y celulares en los trastornos del desarrollo neurológico a un nivel fundamental», explica João Peça, supervisor del proyecto. Con este fin, el equipo está analizando células de pacientes de su biobanco que presentan alteraciones genéticas asociadas con el riesgo de autismo, para comprender mejor los circuitos neuronales y las rutas biológicas a las que afectan estos cambios genéticos.

Palabras clave

ProTeAN, organoide, autismo, desarrollo neurológico, neurona, cerebro, modelo 3D, células madre, pluripotente, tratamientos personalizados, biobanco

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