Investigadores de la Universidad de Michigan desarrollaron un método para producir cerebros en miniatura cultivados artificialmente, llamados organoides de cerebro humano, libres de células animales que podrían mejorar en gran medida la forma en que se estudian y, eventualmente, se tratan las afecciones neurodegenerativas.

Durante la última década de investigación de enfermedades neurológicas, los científicos han explorado el uso de organoides cerebrales humanos como una alternativa a los modelos de ratón. Estos tejidos 3D autoensamblados derivados de células madre embrionarias o pluripotentes modelan más de cerca la estructura compleja del cerebro en comparación con los cultivos bidimensionales convencionales.

Hasta ahora, la red diseñada de proteínas y moléculas que dan estructura a las células en organoides cerebrales, conocidas como matrices extracelulares, a menudo usaba una sustancia derivada de sarcomas de ratón llamada Matrigel. Ese método adolece de desventajas significativas, con una composición relativamente indefinida y una variabilidad de lote a lote.

La última investigación de la UM, publicada en Annals of Clinical and Translational Neurology, ofrece una solución para superar las debilidades de Matrigel. Los investigadores crearon un método de cultivo novedoso que utiliza una matriz extracelular diseñada para organoides cerebrales humanos, sin la presencia de componentes animales, y mejoró la neurogénesis de los organoides cerebrales en comparación con estudios anteriores.

« Este avance en el desarrollo de organoides cerebrales humanos libres de componentes animales permitirá avances significativos en la comprensión de la biología del neurodesarrollo », dijo el autor principal Joerg Lahann, Ph.D., director del Instituto de Biointerfaces de la UM y profesor colegiado Wolfgang Pauli de Ingeniería Química en la UM.

« Los científicos han luchado durante mucho tiempo para trasladar la investigación con animales al mundo clínico, y este método novedoso facilitará el paso de la investigación traslacional del laboratorio a la clínica ».

Las matrices extracelulares fundamentales de los organoides cerebrales del equipo de investigación estaban compuestas de fibronectina humana, una proteína que sirve como estructura nativa para que las células madre se adhieran, diferencien y maduren. Fueron sostenidos por un andamio de polímero altamente poroso.

Los organoides se cultivaron durante meses, mientras que el personal del laboratorio no pudo ingresar al edificio debido a la pandemia de COVID-19.

Usando proteómica, los investigadores encontraron que sus organoides cerebrales desarrollaron líquido cefalorraquídeo, un líquido transparente que fluye alrededor del cerebro y la médula espinal sanos. Este fluido coincidió más estrechamente con el LCR de un adulto humano en comparación con un estudio histórico de organoides cerebrales humanos desarrollado en Matrigel.

« Cuando nuestros cerebros se desarrollan naturalmente en el útero, por supuesto que no crecen en un lecho de matriz extracelular producido por células cancerosas de ratón », dijo la primera autora Ayse Muñiz, Ph.D., estudiante de posgrado en Ciencias Macromoleculares de la UM. y Programa de Ingeniería en el momento de la obra.

« Al colocar las células en un nicho diseñado que se parece más a su entorno natural, predijimos que observaríamos diferencias en el desarrollo de los organoides que imitan más fielmente lo que vemos en la naturaleza ».

El éxito de estos organoides cerebrales humanos libres de xenogénicos abre la puerta para la reprogramación con células de pacientes con enfermedades neurodegenerativas, dice la coautora Eva Feldman, MD, Ph.D., directora del Centro de Excelencia ALS en la UM y James W. Profesor Distinguido Albers de Neurología en la Facultad de Medicina de la UM.

« Existe la posibilidad de tomar las células madre de un paciente con una condición como ELA o Alzheimer y, esencialmente, construir un mini cerebro avatar de esos pacientes para investigar posibles tratamientos o modelar cómo progresará su enfermedad », dijo Feldman. « Estos modelos crearían otra vía para predecir la enfermedad y estudiar el tratamiento a nivel personalizado para condiciones que a menudo varían mucho de una persona a otra ».