Construyen modelos de células madre para imitar el desarrollo temprano del cerebro

En los últimos años, el sobrecrecimiento cerebral se ha convertido en un posible biomarcador temprano del autismo. Los investigadores buscan comprender por qué y cómo ocurre esto.

Una nueva investigación en el laboratorio del Dr. Jason Stein, experto en genética de la Facultad de Medicina de la UNC, acaba de identificar dos tipos específicos de neuronas relacionadas con un mayor crecimiento cerebral.

El estudio, dirigido por las Dras. Rose Glass y Nana Matoba, se realizó utilizando células madre cultivadas meticulosamente que imitan las primeras etapas del desarrollo cerebral humano en una placa de cultivo.

Los hallazgos, publicados en Cell Stem Cell demuestran que este método puede servir como un sistema de modelado fiable y preciso del desarrollo cerebral, que otros científicos pueden utilizar para estudiar los primeros signos y causas del autismo.

“Nuestra investigación indica que nuestros modelos de células cerebrales derivados de participantes, u organoides cerebrales, son un buen sistema modelo para estudiar el desarrollo cerebral temprano”, afirmó Glass, quien actualmente es investigador postdoctoral en el Hospital Infantil de Boston/Facultad de Medicina de Harvard.

“Ahora podemos usar esta información para estudiar cambios celulares, como los causados ​​por la exposición a toxinas ambientales, y cómo contribuyen al autismo”, expuso.

Hallazgos anteriores sobre el tamaño del cerebro y el autismo fueron realizados por el Estudio de Imágenes Cerebrales Infantiles (IBIS), una red nacional de investigadores que estudia el autismo mediante exploraciones de imágenes cerebrales de bebés.

Durante los últimos 20 años, cinco universidades, siendo la Universidad de Carolina del Norte-Chapel Hill la principal, han estado estudiando los cerebros de bebés con alto riesgo familiar de autismo.

Glass, Matoba y Stein colaboraron con colegas clínicos y psiquiatras de la Facultad de Medicina de la UNC y del IBIS (incluidos Jessia Girault, Mark Shen y Joseph Piven, para crear un modelo celular del desarrollo cerebral, el primero de su tipo, con el fin de comprender mejor qué conduce a cerebros más grandes o más pequeños.

Los investigadores primero recolectaron muestras de sangre completa de dieciocho individuos en el estudio IBIS. Luego, extrajeron glóbulos blancos, conocidos como células mononucleares de sangre periférica, y los reprogramaron para convertirlos en células pluripotentes.

Estas células únicas pueden transformarse en cualquier tipo de célula, por lo que los investigadores las instaron a convertirse en un trozo de tejido que imite parte de la estructura y función de un cerebro humano, conocido como organoide cerebral.

Un análisis más detallado reveló que los cambios en dos tipos de células cerebrales (las células progenitoras neuronales y las células epiteliales del plexo coroideo) están fuertemente asociados con el tamaño del cerebro del participante del que proceden.

Las células progenitoras neuronales son células que producen otras células cerebrales, incluidas las neuronas. Las células epiteliales del plexo coroideo constituyen una capa especializada de células en el cerebro que contribuyen al crecimiento y la reparación de las células progenitoras neuronales.

Los investigadores descubrieron una clara relación entre los niveles de expresión génica en las células progenitoras neuronales y un mayor tamaño cerebral. Este hallazgo confirma que el modelo creado imita con precisión el cerebro humano y su desarrollo. Tras confirmar la precisión del modelo de organoides cerebrales, el laboratorio Stein comenzó a planificar aún más estudios sobre el desarrollo cerebral.

Por ejemplo, el laboratorio investiga actualmente  los posibles efectos de la exposición a corto y largo plazo a tóxicos ambientales, como el ácido valproico (AVP), durante el embarazo.

El proyecto de investigación consiste en comparar organoides cerebrales derivados de personas con y sin autismo para comprender cómo la exposición a estas sustancias químicas puede provocar cambios cerebrales que resultan en autismo.

“Ahora nos centramos en estudiar las exposiciones prenatales asociadas con el diagnóstico de autismo. Queremos estudiar cómo los tóxicos ambientales afectan el desarrollo cerebral temprano y cómo los factores de riesgo genéticos pueden acentuar esos efectos”, declaró Stein.