Los organoides cerebrales cultivados artificialmente son estructuras tridimensionales similares al cerebro hechas a partir de células madre humanas. Y su uso son cada vez más importantes en la investigación científica y médica: entre otras, pueden ser útiles para investigar el desarrollo del cerebro, las enfermedades y las posibles terapias, ya que pueden participar en experimentos que no serían posibles con un cerebro humano vivo. Además, podrían acabar sustituyendo a los animales en futuros estudios.

Ahora, científicos Investigadores del Centro Eli y Edythe Broad de Medicina Regenerativa e Investigación con Células Madre de la UCLA han medido una actividad similar a la de las ondas cerebrales reales en organoides cerebrales cultivados en laboratorio mientras investigaban una enfermedad genética que provoca convulsiones.

Medir la actividad cerebral y observar las células cerebrales del organoide

Los investigadores utilizaron dos enfoques diferentes para estudiar los patrones de actividad eléctrica dentro de los organoides cerebrales: uno de ellos consistió en introducir una sonda en cada organoide para medir la actividad cerebral y el otro en observar las células cerebrales en acción con un microscopio. 

Los resultados del equipo mostraron ondas organizadas de actividad similares a las encontradas en cerebros humanos vivos. Además, el equipo observó patrones de actividad eléctrica parecidos a las convulsiones al estudiar organoides de pacientes con síndrome de Rett, un trastorno genético asociado a retrasos en el aprendizaje y movimientos repetitivos. 

El estudio, publicado en la revista Nature Neuroscience, amplía la lista de afecciones cerebrales que pueden estudiarse en organoides e ilustra aún más el valor de estos modelos basados en células humanas para investigar las causas subyacentes de las enfermedades y probar posibles terapias.

Organoides cerebrales, un proceso es especialmente difícil 

Para crear organoides, los científicos indujeron a las células tomadas de seres humanos a convertirse en células madre pluripotentes, un tipo de célula que se convierte en una gran variedad de tejidos y órganos. Este proceso es especialmente difícil en el cerebro, porque hay muchas cosas en marcha. Las células deben conectarse entre sí y funcionar como lo harían las neuronas en un cerebro humano. 

El análisis mostró múltiples tipos de oscilaciones neuronales. Parte de la información que los investigadores reunieron en el estudio era similar a los datos que los científicos encontrarían normalmente en los escáneres cerebrales llamados electroencefalogramas o EEG. 

Los distintos patrones de ondas cerebrales se asocian a actividades específicas y las anomalías en estos patrones pueden ser un indicio de enfermedad.

"En muchas enfermedades neurológicas el cerebro físicamente parece estar bien"

"Con muchas enfermedades neurológicas, se pueden tener síntomas terribles pero el cerebro físicamente parece estar bien", dijo Ranmal Samarasinghe, neurólogo de la Escuela de Medicina David Geffen de la UCLA . "Así que, para poder buscar respuestas a las preguntas sobre estas enfermedades, es muy importante que con los organoides podamos modelar no solo la estructura del cerebro sino también la función".

"No había previsto la gama de patrones de oscilación que veríamos", dice, por su parte, Bennett Novitch, miembro del Centro de Investigación de Células Madre del Broad y autor principal del estudio. "Si aprendemos a controlar los patrones de oscilación que presenta un organoide, podremos llegar a modelar diferentes estados cerebrales". 

En el caso de las oscilaciones anormales observadas en los organoides desarrollados a partir de personas con síndrome de Rett, la adición del fármaco experimental Pifithrin-alfa eliminó los signos de las convulsiones, por lo que estos organoides también son capaces de "responder" al tratamiento. En todo momento, las propias células cerebrales tenían un aspecto normal, lo que también ocurre con el síndrome de Rett.

"Este es uno de los primeros ejemplos tangibles de pruebas de fármacos en acción en un organoide cerebral", dijo Samarasinghe. "Esperamos que sirva de trampolín hacia una mejor comprensión de la biología del cerebro humano y de las enfermedades cerebrales".

Reproducir con exactitud ciertas características del cerebro humano

"Este trabajo demuestra que podemos fabricar organoides que se asemejan al tejido cerebral humano real y que pueden utilizarse para reproducir con exactitud ciertas características de la función y la enfermedad del cerebro humano", afirma Novitch.

No obstante, según aseguran los propios científicos en el comunicado, el uso de organoides para estudiar trastornos cerebrales seguirá siendo limitado porque los organoides no reproducen todos los aspectos de un cerebro humano –por ejemplo, carecen de vasos sanguíneos– y se asemejan más a cerebros en fase de desarrollo que a cerebros adultos. 

Pero el estudio de la UCLA sugiere que, no obstante, podrían utilizarse para probar una amplia gama de funciones cerebrales y trastornos, así como fármacos, que no podrían estudiarse con células cerebrales en una placa de Petri.

Editado por Felipe Espinosa Wang.