Científicos del Centro Princesa Máxima y del Instituto Hubrecht, ambos con sede en Utrecht, Países Bajos, han desarrollado miniórganos 3D a partir de tejido cerebral fetal humano que se autoorganizan in vitro. Estos organoides cultivados en laboratorio abren una forma completamente nueva de estudiar cómo se desarrolla el cerebro. También ofrecen un medio valioso para estudiar el desarrollo y tratamiento de enfermedades relacionadas con el desarrollo del cerebro, incluidos los tumores cerebrales.

Los científicos utilizan diferentes formas de modelar la biología del tejido sano y enfermo en el laboratorio. Entre ellos se incluyen líneas celulares, animales de laboratorio y, desde hace unos años, miniórganos 3D. Estos llamados organoides tienen características y un nivel de complejidad que permite a los científicos modelar de cerca las funciones de un órgano en el laboratorio. Los organoides se pueden formar directamente a partir de células de un tejido. Los científicos también pueden "guiar" las células madre (que se encuentran en embriones o en algunos tejidos adultos) para que se desarrollen hasta convertirse en el órgano que pretenden estudiar.

Hasta ahora, los organoides cerebrales se cultivaban en el laboratorio induciendo a células madre embrionarias o pluripotentes a crecer hasta formar estructuras que representaban diferentes áreas del cerebro. Utilizando un cóctel específico de moléculas, intentarían imitar el desarrollo natural del cerebro, y desarrollar la "receta" para cada cóctel requeriría mucha investigación.

Ahora, científicos del Centro Princesa Máxima de oncología pediátrica y del Instituto Hubrecht, Países Bajos, ambos con sede en Utrecht, Países Bajos, desarrollaron organoides cerebrales directamente a partir de tejido cerebral fetal humano. El estudio se publica en la revista ´Cell´ y ha sido financiado en parte por el Consejo de Investigación Holandés.

Los investigadores, dirigidos por la doctor Delilah Hendriks, el doctor Hans Clevers y la doctora Benedetta Artegiani, se sorprendieron al descubrir que utilizar pequeños trozos de tejido cerebral fetal en lugar de células individuales era vital para el crecimiento de minicerebros. Para hacer crecer otros miniórganos como el intestino, los científicos normalmente descomponen el tejido original en células individuales. En lugar de trabajar con pequeños trozos de tejido cerebral fetal, el equipo descubrió que estos trozos podían autoorganizarse en organoides.

Los organoides cerebrales eran aproximadamente del tamaño de un grano de arroz. La composición tridimensional del tejido era compleja y contenía varios tipos diferentes de células cerebrales. Es importante destacar que los organoides cerebrales contenían muchas de las llamadas glías radiales externas, un tipo de célula que se encuentra en los humanos y en nuestros ancestros evolutivos. Esto subraya la estrecha similitud de los organoides con el cerebro humano y su uso en el estudio.

Las piezas enteras de tejido cerebral también produjeron proteínas que forman la matriz extracelular, una especie de "andamio" alrededor de las células. El equipo cree que estas proteínas podrían ser la razón por la que los trozos de tejido cerebral pudieron autoorganizarse en estructuras cerebrales tridimensionales. La presencia de matriz extracelular en los organoides permitirá estudiar más a fondo el entorno de las células cerebrales y qué sucede cuando esto sale mal.

Los investigadores descubrieron que los organoides derivados de tejidos mantenían varias características de la región específica del cerebro de la que derivaban. Respondieron a moléculas de señalización que se sabe que desempeñan un papel importante en el desarrollo del cerebro. Este hallazgo sugiere que los organoides derivados de tejidos podrían desempeñar un papel importante a la hora de desenredar la compleja red de moléculas implicadas en la dirección del desarrollo del cerebro.

Dada la capacidad de los organoides derivados de tejidos para expandirse rápidamente, el equipo investigó a continuación su potencial en el modelado del cáncer cerebral. Los investigadores utilizaron la técnica de edición de genes CRISPR-Cas9 para introducir fallas en el conocido gen cancerígeno TP53 en una pequeña cantidad de células de los organoides. Después de tres meses, las células con el TP53 defectuoso habían superado por completo a las células sanas en el organoide, lo que significa que habían adquirido una ventaja de crecimiento, una característica típica de las células cancerosas.

Luego utilizaron CRISPR-Cas9 para desactivar tres genes vinculados al tumor cerebral, el glioblastoma: TP53, PTEN y NF1. Los investigadores también utilizaron estos organoides mutantes para observar su respuesta a los medicamentos contra el cáncer existentes. Estos experimentos mostraron el potencial de los organoides para que la investigación de medicamentos contra el cáncer vincule ciertos medicamentos con mutaciones genéticas específicas.

Los organoides derivados de tejidos continuaron creciendo en un plato durante más de seis meses. Es importante destacar que los científicos pudieron multiplicarlos, lo que les permitió cultivar muchos organoides similares a partir de una única muestra de tejido. Los minitumores con cambios en el gen del glioblastoma también eran capaces de multiplicarse, manteniendo la misma combinación de mutaciones. Esta característica significa que los científicos pueden realizar experimentos repetidos con organoides derivados de tejidos, aumentando la confiabilidad de sus hallazgos.

A continuación, los investigadores pretenden explorar más a fondo el potencial de sus nuevos organoides cerebrales derivados de tejidos. También planean continuar su trabajo con profesionales de la Bioética, que ya participaron en la configuración de esta investigación, para guiar el desarrollo y las aplicaciones futuros de los nuevos organoides cerebrales.