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Investigadores de la Universidad de Campinas, en Brasil, reprogramaron células de la piel de pacientes con esta enfermedad y desarrollaran in vitro organoides que exhiben características de la alteración conocida como displasia cortical focal.
La displasia cortical focal es una malformación cerebral responsable de uno de los tipos más graves de epilepsia. El tratamiento para estos casos es aún difícil, ya sea por la carencia de fármacos eficaces como por la dificultad de acceso a las cirugías. Pero ahora, un nuevo modelo humano creado por investigadores de la Universidad de Campinas (Unicamp), en el estado de São Paulo, Brasil, con base en células de pacientes, abre oportunidades para poner a prueba terapias y medicamentos más específicos.
En colaboración con un grupo de la Universidad de California en San Diego (Estados Unidos), los científicos crearon los primeros modelos de organoides corticales que mimetizan la displasia cortical focal, caracterizada por una malformación de la corteza cerebral. E identificaron mecanismos que pueden estar implicados en el surgimiento de esta anomalía aún durante la formación del cerebro. Y también lograron obtener registros eléctricos que se acercan a la descarga neuronal asociada a crises epilépticas en humanos.
Los resultados se publicaron en la revista Brain, de Oxford Academic, una de las más relevantes en neurología clínica y neurociencias. Y pueden contribuir con trabajos futuros destinados a testear drogas contra la epilepsia grave, aquella que acomete a individuos que aun después de dos años de uso de la medicación adecuada y/o de someterse a cirugías, siguen padeciendo crisis frecuentes.
Los organoides (órganos desarrollados in vitro que simulan la morfología y el funcionamiento de una parte del cerebro) se cultivaron partiendo de células de la piel de cuatro pacientes con epilepsia grave tratados en el hospital escuela de la Unicamp (Hospital de Clínicas). Estas células se reprogramaron para convertirse en células madre pluripotentes que se diferenciaron enseguida en células neurales.
Al efectuar análisis morfológicos, moleculares y funcionales de los organoides, el grupo identificó características de esta malformación cortical, entre ellas la alteración en la proliferación celular, la hiperexcitabilidad de la red neuronal, la presencia de neuronas dismórficas y de células “globo”, así denominadas a causa de su formato (parecen híbridas, con sus núcleos como si fuesen los de las neuronas y el citoplasma como el de los astrocitos).
“Encontramos una alteración molecular compatible con lo que se espera en las vías celulares relacionadas con el desarrollo y la maduración de neuronas. También demostramos que es posible generar organoides corticales con actividad eléctrica que se acercan a lo que se entiende como descarga neuronal asociada a la epilepsia. Por lo tanto, obtuvimos un modelo cercano a lo que vemos en pacientes, que podrá utilizarse en el futuro para efectuar la selección de medicaciones ya existentes”, resume Iscia Lopes-Cendes, docente de la Facultad de Ciencias Médicas de la Unicamp y coautora del artículo.
La investigación se realizó durante el posdoctorado de Simoni Avansini, en el ámbito del Instituto Brasileño de Neurociencia y Neurotecnología (BRAINN), un Centro de Investigación, innovación y Difusión (CEPID) de la FAPESP. Este trabajo también contó con financiación en el marco de otros tres proyectos.
Hasta ahora existía una limitación para la realización de estudios de este tipo de epilepsia en modelos animales, incluso con roedores, pues la corteza cerebral es muy diferente a la de los humanos y no presenta este tipo de malformaciones. “En el área de la epilepsia, este es un estudio sumamente importante. Fueron varios intentos durante años, con aciertos y errores. El resultado corona la búsqueda de Simoni, que mantuvo algo importante en un investigador: la perseverancia”, afirma Lopes-Cendes, investigadora principal del BRAINN.
La epilepsia es una enfermedad neurológica sin cura que afecta alrededor de 50 millones de personas en el mundo, según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Se estima que en Brasil son dos millones de registros.
Los pacientes con casos graves llegan a tener entre 40 y 50 convulsiones diarias, con pérdida de sentido y caídas. El tratamiento se concreta con una combinación de medicamentos, y no siempre funciona. Los fármacos suelen disminuir la actividad de las neuronas en forma generalizada, controlando así las crisis, pero provocan muchos efectos colaterales, tales como somnolencia y alteración de la memoria. Otra alternativa es la cirugía, que consiste en la extirpación de la parte del cerebro afectada por la malformación.
Aparte de su impacto en la rutina del paciente, las crisis no controladas configuran un grave riesgo de muerte súbita y prematura (que llegar a ser hasta tres veces mayor que entre la población general). Asimismo, aproximadamente la mitad de las personas adultas con epilepsia padecen otros tipos de trastornos, tales como depresión y ansiedad.
“Logramos mimetizar el desarrollo de la neocorteza y algunas características básicas de la displasia cortical focal. La ventaja radica en que obtuvimos un modelo humano, manteniendo el background genético del paciente. Con el organoide es posible estudiar cada estadio de la malformación, que comienza en el desarrollo de la corteza, con repercusión en la proliferación y la diferenciación de las células”, dice Avansini.
En la literatura aún no está claro de qué manera puede contribuir para la generación de crisis epilépticas en el tejido cortical displásico el desarrollo cortical anormal. En 2018, otro artículo que el grupo publicó, fruto del doctorado de Avansini, había sugerido que la desregulación en la expresión de un gen llamado NEUROG2, importante en el proceso de diferenciación de las neuronas y de las células de la glía (astrocitos, oligodendrocitos y microglías), tendría un papel clave en el desarrollo de la enfermedad.
La muestra
Los investigadores utilizaron células de la piel de cuatro pacientes que no respondieron al tratamiento con medicación ni tampoco con la cirugía. Uno de ellos llegó a someterse a tres procedimientos quirúrgicos que resultaron en una disminución de la cantidad de crisis, pero aún sin alcanzar el resultado esperado. Los otros tres individuos se sometieron a dos cirugías; uno era un niño que empezó a padecer convulsiones a los 14 meses de edad, lo que le afectó una parte del habla.
“Nuestros datos apuntan una ruptura molecular en la unión de las células neuroepiteliales que afectaría a algunas neuronas que forman la placa cortical, lo que provoca alteraciones en la red neural. Estas, a su vez, volverían a estos pacientes susceptibles a la epilepsia”, afirma el profesor Alysson Muotri, de la Universidad de California y uno de los autores corresponsales del artículo.
Para capturar los registros eléctricos, los científicos aplicaron dos técnicas, una de ellas innovadora en el área: pusieron el organoide en una placa con electrodos e introdujeron el electrodo dentro del organoide. Esos electrodos se desarrollaron específicamente para la investigación. El grupo también logró trabajar con organoides de tres y cinco meses, cosa que es difícil de concretarse porque estos tienden a morir en poco tiempo, al carecer de sistema vascular.
“Nos mueven los retos. Tuve un familiar con epilepsia que falleció como consecuencia de una crisis. Cuando vivenciamos eso, sabemos exactamente lo que pasa por el corazón de las familias. Y esto es lo que me mueve. Logramos avanzar en muchas cosas, pero es necesario hacer más: la búsqueda sigue”, afirma Avansini. Según la investigadora, el próximo paso consiste en intentar entender mejor la formación de la epilepsia y enfocar la región proliferativa para entender de qué manera se forman las células y el circuito. Y de haber alteraciones en esta etapa, también de qué manera es posible interferir en el sistema para avanzar hacia nuevos tratamientos.
Ahora Avansini es investigadora en el Laboratorio de Bioimágenes, dentro del Laboratorio Nacional de Biociencias (LNBio), un instituto de investigaciones especialmente enfocado en el uso de la luz sincrotrón. El LNBio integra el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM) junto a otros tres laboratorios: el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón (LNLS/Sirius), el Laboratorio Nacional de Biorrenovables (LNBr) y el Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano). “Nuestro CEPID cumplió la tarea de producir buena ciencia y formar a investigadores independientes que seguirán haciendo buena ciencia”, completa Lopes-Cendes.
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