«La tinción química hace visible la morfología de las secciones de tejido casi transparentes y de bajo contraste. Sin ella, analizar la morfología de los tejidos es casi imposible para la visión humana. La tinción química es irreversible y, en la mayoría de los casos, impide utilizar la misma muestra para otros experimentos o mediciones», explica la investigadora universitaria y vicedirectora del Instituto de Biomedicina de la Universidad de Finlandia Oriental Leena Latonen, que dirigió la parte experimental del estudio.

El método de inteligencia artificial desarrollado en este estudio produce imágenes computacionales que se asemejan mucho a las producidas por el proceso real de tinción química. Esta imagen teñida virtualmente puede utilizarse para inspeccionar la morfología de los tejidos. La tinción virtual reduce tanto la carga química como el trabajo manual necesario para el procesamiento de las muestras, al tiempo que permite utilizar el tejido para otros fines distintos de la propia tinción.

El punto fuerte del método de tinción virtual propuesto es que no requiere ningún hardware o infraestructura especial más allá de un microscopio óptico normal y un ordenador adecuado.

«Los resultados son muy aplicables. Quedan muchos temas por investigar y los métodos computacionales aún pueden mejorarse. Sin embargo, ya podemos vislumbrar varias áreas de aplicación en las que la tinción virtual puede tener un gran impacto en la histopatología», afirma el profesor asociado Pekka Ruusuvuori, de la Universidad de Turku, que dirigió la parte computacional del estudio.

Investigación pionera con financiación internacional

Uno de los factores clave que hicieron posible el estudio fue la financiación del consorcio obtenida de la convocatoria transnacional conjunta ERAPerMed. El consorcio ABCAP está formado por grupos de investigación nórdicos que desarrollan diagnósticos del cáncer de mama basados en inteligencia artificial con vistas a la medicina personalizada, y está financiado por ERAPerMed, la Unión Nórdica del Cáncer y la Academia de Finlandia. Tanto Latonen como Ruusuvuori dirigen sus propios subproyectos.

«Esta investigación es verdaderamente interdisciplinar. Sin la financiación del consorcio, sería muy difícil encontrar recursos suficientes tanto para el trabajo experimental de laboratorio como para el esfuerzo computacional que permiten estudios como éste», reconocen Ruusuvuori y Latonen.

Esta investigación interdisciplinar se basa en conocimientos de biología tisular, procesos histológicos, informática de bioimágenes e inteligencia artificial. La primera parte del estudio en dos fases se centró en la optimización de los pasos de procesamiento de muestras de tejidos y obtención de imágenes, y corrió a cargo de la investigadora doctoral Sonja Koivukoski, de la Universidad de Finlandia Oriental. La evaluación sistemática de la viabilidad histológica fue un componente único del estudio.

«El desarrollo de métodos computacionales mediante inteligencia artificial carece a menudo de una evaluación adecuada de la viabilidad desde la perspectiva del usuario final. Esto puede llevar a que se desarrollen y publiquen métodos que finalmente no se utilizan realmente en la práctica. Por tanto, es especialmente importante combinar los conocimientos computacionales y los basados en el dominio ya en la fase de desarrollo, como se hizo en nuestro estudio», afirman Latonen y Koivukoski.

Gran potencial de los métodos computacionales

Las redes neuronales profundas que aprenden a partir de grandes volúmenes de datos han transformado rápidamente el campo del análisis biomédico de imágenes. Además de las tareas tradicionales de análisis de imágenes, como su interpretación, estos métodos también son muy adecuados para las transformaciones de imagen a imagen. La tinción virtual es un ejemplo de este tipo de tareas, como se demostró con éxito en las dos partes publicadas del trabajo. La segunda parte se centró en la optimización de la tinción virtual basada en redes neuronales generativas adversariales, con el investigador doctoral Umair Khan, de la Universidad de Turku, como desarrollador principal.

«Las redes neuronales profundas son capaces de rendir a un nivel que no éramos capaces de imaginar hace un tiempo. La tinción virtual basada en inteligencia artificial puede tener un gran impacto hacia un procesamiento de muestras más eficiente en histopatología», afirma Khan.

Además de los algoritmos de inteligencia artificial, la clave del éxito fue la disponibilidad de servicios informáticos de alto rendimiento a través del CSC.

«En Finlandia tenemos una infraestructura excelente para la computación paralela de alto rendimiento. Una investigación de alta carga computacional como ésta no sería posible sin la capacidad que ofrece el CSC», afirma Ruusuvuori.

Los resultados del estudio se publicaron en dos revistas internacionales revisadas por pares, Laboratory Investigation y Patterns.

Abril 14/2023 (EurekAlert!) – Tomado de la Selección de Medicine and Health. Copyright 2023 by the American Association for the Advancement of Science (AAAS). Traducido al español por DeepL Traductor. Copyright 2023 DeepL.

La nanobiotecnología es la aplicación de la nanotecnología al campo de la biología y la biotecnología. Implica el diseño, la caracterización, la producción y la aplicación de materiales, dispositivos y sistemas que funcionan a nanoescala con fines biológicos y médicos.

La nanobiotecnología es un campo multidisciplinar en el que actualmente participan investigadores de las ramas convencionales y avanzadas de la ingeniería y las ciencias naturales. Los recientes avances en nanobiotecnología han repercutido en diversos sectores socioeconómicos, como la medicina, la agricultura, la alimentación, el textil y otras industrias. Aunque la integración de los nanomateriales con la biología ha llevado al desarrollo de dispositivos de diagnóstico, agentes de contraste, herramientas analíticas, terapias y vehículos de administración de fármacos, la investigación en bionanotecnología está aún en pañales. Aún no se ha aprovechado todo el potencial de los avances en este campo. Este libro analiza diversos materiales de nanoingeniería o nanotransportadores que se utilizan en distintas situaciones. Presenta 8 capítulos que abarcan la aplicación de nanomateriales en la remediación ambiental, los nanofertilizantes, los nanobióticos contra la resistencia antimicrobiana, los nanobiosensores en la detección de patógenos y las evaluaciones de no toxicidad. Cada capítulo está estructurado en secciones de fácil lectura que explican conceptos fundamentales y aplicados de los nanomateriales.

Por ejemplo,

Administración de fármacos: Las nanopartículas pueden utilizarse como portadores para administrar fármacos a células o tejidos específicos del organismo. Por ejemplo, los liposomas, que son vesículas a nanoescala compuestas de lípidos, pueden cargarse con fármacos y dirigirse a las células cancerosas, lo que permite una administración más eficaz y selectiva de la quimioterapia.

Biosensores: Las nanopartículas pueden utilizarse para crear biosensores de alta sensibilidad para la detección de biomoléculas como proteínas, ácidos nucleicos y patógenos. Por ejemplo, las nanopartículas de oro pueden funcionalizarse con anticuerpos específicos para detectar la presencia de marcadores de enfermedades en la sangre.

Formación de imágenes: Las nanopartículas pueden utilizarse como agentes de contraste para la obtención de imágenes médicas, lo que permite visualizar tejidos o células específicos. Por ejemplo, las nanopartículas de óxido de hierro pueden utilizarse como agentes de contraste para la resonancia magnética (RM).

Los lectores obtendrán una visión actual de la aplicación biotecnológica de los nanomateriales y nanopartículas modernos. El libro está pensado para que sirva de referencia a estudiantes e investigadores en cursos de agricultura, biotecnología e ingeniería biomédica. Para más información, pulse aquí para descargar el libro: http://bit.ly/419kPfG

Abril 14/2023 (EurekAlert!) – Tomado de la Selección de Medicine and Health en español. Copyright 2023 by the American Association for the Advancement of Science (AAAS).

El Índice de Desarrollo Humano, que toma en cuenta la expectativa de vida, la educación y el nivel de vida, retrocedió por dos años consecutivos (2020 y 2021) por primera vez desde su creación hace 30 años y se situó al nivel de 2016, indicó el PNUD en un comunicado de prensa.

septiembre 10/2022 (AFP) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

La meritocracia pura es un concepto esquivo que parece tomar desvíos ya desde la cuna. Si la pobreza infantil se había asociado entre otras muchas cosas a un peor rendimiento en la escuela y a salarios más bajos en el futuro, un estudio reciente, apunta por primera vez a una relación causal entre mejorar los recursos de las familias y la actividad cerebral de sus hijos.

En un contexto de mayores recursos económicos, las experiencias de los niños cambiaron y la actividad de sus cerebros se adaptó a esas experiencias.

Planteado a la manera de un ensayo clínico, más de mil mujeres que vivían bajo el umbral de la pobreza y que acababan de ser madres se dividieron en dos grupos. A las del primero se les asignó un ingreso mensual en efectivo de 333 dólares mensuales que podían usar como quisieran, mientras que las del segundo recibieron apenas 20.

Al cabo de un año se realizó un electroencefalograma a más de 400 de esos niños y el estudio, publicado en la revista PNAS, resume sus hallazgos así: “En un contexto de mayores recursos económicos, las experiencias de los niños cambiaron y la actividad de sus cerebros se adaptó a esas experiencias. Se ha demostrado que los patrones de actividad cerebral resultantes están asociados al desarrollo de habilidades cognitivas posteriores”.

Para Charo Rueda, catedrática de Psicología de la Universidad de Granada e investigadora en cerebro y cognición —que no ha participado en el estudio—, “el efecto es pequeño, como no podía ser de otra manera, pero es relevante. E impresiona por lo general de la intervención. Dotar de más recursos económicos a familias pobres produce cambios en el funcionamiento cerebral de los bebés”.

Un estudio pionero

“Ninguno de nosotros cree que el ingreso es la única respuesta”, dijo en las páginas del New York Times, Kimberly Noble, neurocientífica y pediatra de la Universidad de Columbia e investigadora principal del estudio. Pero con el proyecto —llamado Baby´s First Years, “los primeros años del bebé”—, “vamos más allá de la correlación para comprobar si la reducción de la pobreza tiene un impacto directo en el desarrollo cognitivo, emocional y cerebral de los niños”.

Lo que se ha dado en llamar estatus socioeconómico se ha asociado numerosas veces, con el rendimiento académico y cognitivo y, de hecho, “es un buen predictor”, asegura Rueda. Incluso varios estudios, algunos firmados por la propia Noble, han visto que la extensión de algunas zonas de la corteza cerebral es menor en los niños de las familias con menos ingresos.

Varios estudios han visto que la extensión de algunas zonas de la corteza cerebral es menor en los niños de las familias con menos ingresos. Sin embargo, correlación no implica causalidad, como ya rezan incluso algunas camisetas, y aunque intervenciones en las que se asignaban 4 000 dólares anuales a familias con bajos ingresos en los primeros años de vida de un niño se asociaban luego con mejores perspectivas de sueldo, empleo e incluso de salud, ningún ensayo de ese tipo se había realizado para comprobar su influencia sobre el desarrollo cerebral.

Los estudios de asociación se prestan a posibles factores de confusión, y al menos teóricamente, podría ser que otras circunstancias que acompañen a la pobreza y no ella misma fueran las que provocaran esos efectos.

Además de que el estatus socioeconómico es un paraguas amplio que no incluye únicamente los ingresos, algunas voces piensan que la genética podría explicar buena parte de él: si así fuera, y en su opinión, aliviar la pobreza no tendría consecuencias en el cerebro, pues la causa principal de las diferencias sería biológica. Eso sí, los pocos trabajos sobre genética que hay al respecto son muy controvertidos y, como apunta Rueda, aun así “explican muy poco [del estatus socioeconómico], mientras que sí tenemos muchísima evidencia de la influencia del ambiente”.

El desarrollo del cerebro obedece a una compleja interacción entre genética y entorno y el ambiente y las experiencias son más importantes que la genética cuando se crece en situaciones de adversidad económica, dice Charo Rueda, investigadora en cerebro y cognición.

El desarrollo del cerebro obedece a “una compleja interacción entre genética y entorno”,“y el ambiente y las experiencias son más importantes que la genética cuando se crece en situaciones de adversidad económica”. añade Rueda,

Por otro lado, los estudios de imagen cerebral no ven diferencias según el estatus socioeconómico a los cinco meses del nacimiento, sino que estas aparecen después. Y estudios de actividad cerebral medida con electroencefalograma tampoco detectan diferencias al nacimiento.

Aun así, no se había hecho ningún estudio que pudiera atribuirse la potestad de desentrañar la causalidad y de saber si aumentar moderadamente los recursos produce ya directamente beneficios en el cerebro de los niños. Este es el primero.

El Baby´s First Years se define como un estudio de intervención aleatorizado. Al separar al azar a las participantes en dos grupos barre y minimiza los factores de confusión, porque en principio la diferencia principal entre ellos será la intervención, la cuantía del ingreso: esos 4 000 dólares anuales que prácticamente coinciden con la propuesta de Biden de ampliar y potenciar programas de ayuda amenazados con desaparecer.

Organizado por seis universidades de los Estados Unidos, su objetivo es estudiar a los niños y sus madres hasta los cuatro años de edad. Los resultados publicados son un paso intermedio que han analizado en más de 400 de ellos, y para ello han usado un marcador indirecto, la actividad cerebral en distintas bandas de frecuencia medidas mediante electroencefalografía. Una mayor actividad se ha asociado con mejores funciones cognitivas, socioemocionales, de lenguaje o de atención.

“Los grupos que han hecho el trabajo tienen muy buena trayectoria”, afirma Rueda, y aunque se base en un marcador intermedio, “está aceptada su validez. Mucha gente estamos trabajando con este tipo de datos, pero aquí lo hacen con un diseño experimental que permite sacar conclusiones causales, y los cambios que encuentran van en la dirección esperada”.

Han usado un marcador indirecto, la actividad cerebral en distintas bandas de frecuencia medidas con electroencefalografía. Una mayor actividad se ha asociado con mejores funciones cognitivas, socioemocionales, de lenguaje o de atención

El poder del dinero

Los autores no pueden asegurar que estos patrones se manifiesten en diferencias objetivas en el futuro, e incluso algunas comparaciones de frecuencias aisladas no resistían a la estadística cuando esta se apretaba al máximo, pero en global esto es lo que dicen en el artículo: “Consideramos que el peso de las pruebas apoya la conclusión de que las transferencias monetarias mensuales no condicionadas dadas a las madres de nuestro estudio afectaron a la actividad cerebral de sus hijos”.

Preguntada por esto, Noble explica a SINC que “no podemos afirmar con rotundidad que probamos la causalidad, porque el tamaño de la muestra fue inferior al previsto [la pandemia dificultó la obtención de más datos], pero sí encontramos pruebas que sugieren que nuestra intervención cambió la actividad cerebral de los niños”.

Para Juan Ramón Barrada, profesor del Departamento de Psicología de la Universidad de Zaragoza y experto en Metodología de las Ciencias del Comportamiento—que tampoco ha participado en el estudio—, cuando la estadística se aprieta de esa manera “existen discrepancias sobre cómo actuar según el tipo de estudio. En este caso, me inclino por decir, sin dar el tema por resuelto, que este trabajo aumenta mi confianza en que la transferencia de dinero cambia la actividad cerebral”.

Esas diferencias son, según el economista y coautor del trabajo Greg Duncan, “similares en magnitud a las registradas en intervenciones educativas a gran escala”, como la reducción en el número de alumnos por clase. Eso sí, las diferencias son a nivel de grupo, no suponen ni mucho menos un destino individual. Como ha dicho Noble,  “de ninguna manera podemos conocer las circunstancias de un niño en concreto y predecir cómo será su cerebro”.

Más pruebas cuando los niños cumplan cuatro años

Cuando cumplan cuatro años, la batería de pruebas será mucho más amplia y completa, “y mediremos las habilidades de pensamiento y aprendizaje directamente”, apunta Noble. También se analizará cómo han gastado las familias el dinero y qué ha podido determinar los cambios, lo cual podría pasar entre otras cosas por una mejor nutrición o, especialmente, por un menor estrés en la familia.

“El poder del dinero en efectivo es que puede utilizarse según las necesidades de la familia en cada momento, ya sea para arreglar el coche o para comprar pañales. Puede que no haya una sola forma en que afecte positivamente a las familias; el dinero puede importar de muchas pequeñas formas”, explicó Katherine Magnuson, directora del Instituto para la Investigación de la Pobreza y coautora también del trabajo.

El alivio de la pobreza está justificado en sí mismo. La neurociencia nos brinda una forma de comprender los mecanismos por los cuales el cambio social puede estar ligado a efectos en los niños, Kimberly Noble, neurocientífica, pediatra e investigadora principal del estudio.

“Que una familia vea reducido su estrés afecta a la idiosincrasia de cómo educa a sus hijos”, afirma Rueda. “Si se tiene más tranquilidad para poner en marcha lo que sea que necesite, eso ya mejora la sensibilidad de los cuidados”.

Esa preocupación es lo que se ha dado en llamar el “impuesto cerebral de la pobreza”, aumenta el riesgo de depresión y ansiedad en los padres y se asemeja a una carga mental, que el profesor de la Universidad de Princeton Eldar Shafir comparaba con tratar de retener continuamente un número de siete cifras en la memoria.

Ahora bien: ¿no debería considerarse el alivio o la erradicación de la pobreza un fin en sí mismo? ¿Pueden influir estudios de este tipo en las decisiones políticas? El pediatra y neurocientífico Charles Nelson decía en un artículo en la BBC, que “unas imágenes bonitas del cerebro parecen tener más impacto que fotografías de niños hambrientos, y creo que hacen ver a las personas que hay un precio biológico que se paga por crecer en la pobreza”.

Para Noble, “el alivio de la pobreza está justificado en sí mismo. La neurociencia nos brinda una forma de comprender los mecanismos por los cuales el cambio social puede estar ligado a efectos en los niños”.

Y esto escribía al respecto Martha Farah, neurocientífica y mentora de la propia Noble: ¿por qué una comprensión más completa de cualquier problema, formulada en cualquier nivel de explicación aplicable —físico, biológico, psicológico, económico, social o político— no sería una ventaja a la hora de resolverlo?

mayo 22/2022 (SINC)

Referencia: 

Kimberly G. Noble  et al “The impact of a poverty reduction intervention on infant brain activity”. PNAS, 2022

Un estudio publicado recientemente en Environment International, ha encontrado que vivir en un entorno arbolado se asocia con un mejor desarrollo en los primeros años de vida que vivir en un entorno en el que la vegetación está presente en forma de hierba.

El análisis, que ha liderado Matilda van der Bosch, investigadora del Instituto de Salud Global de Barcelona (ISGlobal), centro impulsado por la Fundación “la Caixa”, ha observado también que ambas variedades de espacios verdes se asocian con mejores resultados en el desarrollo infantil que las zonas donde predomina el pavimento.

El estudio señala, en este sentido, lo que cada vez más trabajos sugieren: que los espacios verdes se relacionan con una mejor atención y memoria en la primera infancia, con mejores resultados académicos y con menos problemas emocionales y de comportamiento. Sin embargo, el equipo investigador ha querido ir más allá y explorar si el tipo de vegetación marca alguna diferencia en estas asociaciones positivas. Todos los espacios verdes parecen favorecer la salud, pero las zonas arboladas podrían mitigar más la contaminación atmosférica, el ruido y el calor que los espacios verdes más abiertos, y también ayudar mejor a restablecerse de la fatiga mental y a dirigir la atención. Por su lado, las extensiones de césped podrían favorecer más las actividades de grupo y, por lo tanto, el bienestar social. Las superficies pavimentadas expondrían más al calor y a la contaminación atmosférica y acústica relacionada con el tráfico.

Cómo se hizo el estudio

El análisis se realizó en el área metropolitana de Vancouver (Canadá) y partió de una gran cohorte de nacimiento que incluyó datos de 27 539 niñas y niños. Estos datos habían sido recogidos entre los años 2000 y 2005 por diferentes administraciones, como el Ministerio de Salud de la Columbia Británica. Se siguió a esta población infantil desde su nacimiento hasta los cinco años, momento en el que sus maestros y maestras de jardín de infancia evaluaron su salud física y bienestar, sus competencias sociales, su madurez emocional, sus capacidades cognitivas y lingüísticas, sus habilidades comunicativas y sus conocimientos generales. Lo hicieron ayudándose de la herramienta conocida como Instrumento de Desarrollo Temprano (EDI, por sus siglas en inglés).

Para determinar si el tipo de terreno que cubría la zona,  en la que residían estas niñas y niños, era vegetal o no, y si la vegetación consistía en hierba o en árboles (mayoritariamente caducifolios), el equipo investigador se valió de un mapa de alta resolución espacial. La exposición total a zonas vegetales se cifró en un 36 %, mientras que la de superficies pavimentadas era algo inferior, del 32,2 %.

Conclusión

La población infantil más expuesta a un terreno cubierto de vegetación (ya fueran árboles o césped) ofreció las calificaciones más altas de desarrollo. Esta asociación positiva fue especialmente notable para las zonas arboladas. En cambio, la exposición a superficies pavimentadas en los primeros años de vida se asoció con un menor desarrollo infantil.

 “Al haber evaluado diferentes tipos de vegetación, nuestros resultados ayudan a comprender mejor las asociaciones entre la exposición a los espacios verdes y el desarrollo en la primera infancia”, afirma Ingrid Jarvis, investigadora de la University of British Columbia (Canadá) y primera autora del estudio.

Aunque se necesitan más estudios al respecto, estos datos pueden ser útiles a la hora de planificar entornos urbanos.

“En conjunto, sugieren que convertir las superficies pavimentadas en zonas verdes y, en particular, aumentar la presencia de árboles en los barrios puede tener efectos positivos en la salud y el desarrollo de la primera infancia”, comenta la investigadora de ISGlobal Matilde Van den Bosch, que lideró el estudio. No solo por los beneficios añadidos que proporcionan los espacios verdes, sino porque “potencialmente reducen los efectos adversos asociados a la urbanización y los entornos no permeables”. A pesar de que las asociaciones observadas entre la exposición al entorno y el desarrollo en la infancia fueron relativamente pequeñas, “incluso beneficios individuales mínimos en la infancia podrían redundar en importantes beneficios para la salud pública a lo largo de la vida”, concluye.

abril 28/2022 (Dicyt)

La esquizofrenia es una enfermedad psiquiátrica grave con un alto nivel de heredabilidad, en torno al 70 %, y la búsqueda de genes implicados en su desarrollo sigue siendo una de las principales incógnitas en el campo de la psiquiatría y las neurociencias.

El trabajo, publicado en la revista Nature, revela que el origen de esta enfermedad está en alteraciones del desarrollo del sistema nervioso, algo que hasta ahora no se sabía.

Científicos de la Universidad de Granada (UGR) han participado en el mayor estudio genético realizado hasta la fecha sobre la esquizofrenia. El trabajo, publicado en la revista Nature, revela que el origen de esta enfermedad está en alteraciones del desarrollo del sistema nervioso, algo que hasta ahora no se sabía. La investigación, en la que participan varias instituciones españolas, abre la puerta a nuevos fármacos moduladores del neurotransmisor llamado glutamato.

Desarrollado en el contexto del Consorcio Internacional de Genómica Psiquiátrica (Psychiatric Genomics Consortium), que aglutina a los principales grupos de investigación a escala mundial en este campo, el trabajo exploró el genoma completo (GWAS) en una muestra formada por más de 76 000 pacientes con esquizofrenia y casi 250 000 pacientes sanos que actuaron como controles. Por eso, se trata del estudio genético sobre esquizofrenia más amplio y representativo de la historia.

El catedrático de Psiquiatría, Jorge Cervilla, del Instituto de Neurociencias Federico Olóriz de la Universidad de Granada (UGR) y del Instituto Biosanitario de Granada (ibs Granada), explica que los genes asociados a la esquizofrenia codifican proteínas implicadas en funciones neuronales como la diferenciación celular y la transmisión entre neuronas. Junto a Cervilla han participado en el trabajo Blanca Gutiérrez, del departamento de Psiquiatría de la UGR, Margarita Rivera, del departamento de Bioquímica y Biología Molecular II, y Esther Molina, del departamento de Enfermería.

Nuevas variantes

“Hemos encontrado además asociadas a esquizofrenia variantes raras del factor de transcripción SP4 y del receptor GRIN2A del glutamato. Algunos de estos hallazgos son similares a los encontrados en autismo y otros trastornos del desarrollo, apuntando a un neurodesarrollo anormal en el cerebro de las personas con esquizofrenia. Es un hallazgo definitivo de la importante implicación del glutamato en esta enfermedad, con evidencias sólidas que nos enseñan nuevas dianas terapéuticas para tratarla”, señala Cervilla.

El estudio desmonta las teorías estrictamente psicológicas sobre la esquizofrenia y demuestra claramente su origen genético y la implicación de sistemas neurales alterados

El experto apunta que el estudio “desmonta las teorías estrictamente psicológicas sobre la esquizofrenia y demuestra claramente su origen genético y la implicación de sistemas neurales alterados”.

abril 10/2022 (SINC)

Referencia:

Trubetskoy V. et al. «Mapping genomic loci implicates genes and synaptic biology in schizophrenia«. Nature, 2022

El desarrollo embrionario supera una línea biológica a los 14 días. A partir de ese momento, comienza una de las etapas más importantes de la formación del embrión que asegura su individualización biológica. Hasta entonces, los embriones pueden dividirse en dos o fusionarse.

A partir de los 14 días comienza una de las etapas más importantes de la formación del embrión que asegura su individualización biológica

Este proceso se conoce como gastrulación y se extiende hasta el día 21. Durante esa semana se produce una explosión de diversidad en las células encaminadas a especializarse. De hecho, este proceso sienta las bases para la formación de los diversos tipos de células del cuerpo.

El embrión adopta la forma de un simple disco aplanado dando lugar a tres capas germinales con células progenitoras que pasarán a convertirse en los diversos tejidos y órganos que caracterizan al ser humano. Es en esta etapa cuando pueden producirse muchos abortos y anomalías congénitas.

Desde hace décadas se considera que esta tercera semana desde la fecundación, que precede a la formación de órganos, es el momento en el que un individuo se convierte en un ser y se marcan los primeros signos de desarrollo del sistema nervioso.

Sin embargo, debido a la rareza de muestras embrionarias tan tempranas, esta fase no se había podido estudiar directamente y solo se conocía por modelos experimentales. Ahora un nuevo estudio, publicado en la revista Nature, ofrece por primera vez una visión única del embrión formado de manera natural en el útero hasta esta crucial etapa del desarrollo humano.

“Nuestro estudio representa un eslabón perdido, por así decirlo, en nuestro conocimiento de la progresión desde el óvulo fecundado hacia los tipos de células más maduras del cuerpo”, comenta a SINC el autor principal, de la Universidad de Oxford (Reino Unido), Shankar Srinivas.

Un embrión de 16 a 19 días

Los científicos de la Universidad de Oxford (Reino Unido), el Centro Helmholtz de Múnich-Centro Alemán de Investigación para la Salud Ambiental de Alemania y el Instituto de Epigenética y Células Madres de Cambridge analizaron un único embrión de entre 16 y 19 días después de la fecundación en el útero, donado éticamente a través del Human Developmental Biology Resource (HDBR) a la investigación tras una interrupción voluntaria del embarazo.

Es importante conocer este proceso para entender cómo llegamos a existir, Shankar Srinivas

En ese momento del desarrollo embrionario la mayoría de las gestantes no sabe que está embarazada, pero “en este caso, la persona lo sabía y decidió interrumpir el embarazo y dio su consentimiento para que la muestra se utilizara en la investigación, todo a tiempo para que pudiéramos obtenerla de manera temprana”, explica Srinivas.

En esta fase, los embriones son muy pequeños (de poco más de un milímetro de largo) y muy difíciles de recoger. “Esta es la única muestra de una etapa tan temprana del desarrollo en los más de cinco años que llevamos recibiendo muestras del HDBR”, señala el investigador.

Descripción de tipos celulares y expresión génica

Gracias a la secuenciación del ARN unicelular, el trabajo ha permitido proporcionar una descripción detallada de los tipos de células presentes que se desarrollan y diversifican a diferentes ritmos. Pero también se observó la actividad de los genes que expresan y cómo cambian a través del tiempo durante el proceso de la gastrulación, haciendo comparaciones con modelos experimentales in vitro que dieron resultados similares. “Es importante conocer este proceso para entender cómo llegamos a existir”, recalca Srinivas.

“El nuevo estudio proporciona una piedra de Rosetta para los biólogos del desarrollo. Al analizar un embrión humano excepcionalmente raro en una fase muy temprana del desarrollo, los resultados permiten a los investigadores traducir sus resultados de otros sistemas experimentales a un lenguaje común”, señala Peter Rugg-Gunn, jefe de grupo del programa de investigación epigenética del Instituto Babraham que no ha participado en este trabajo.

Esta información aporta nuevas pistas para entender por qué estos procesos a veces van mal durante el embarazo, lo que puede dar lugar a defectos de desarrollo en algunos bebés, Peter Rugg-Gunn

El estudio aporta nuevos e importantes conocimientos sobre cómo se forman y posicionan los primeros linajes en el embrión en desarrollo. “Esta información aporta nuevas pistas para entender por qué estos procesos a veces van mal durante el embarazo, lo que puede dar lugar a defectos de desarrollo en algunos bebés”, añade Rugg-Gunn.

Células sanguíneas ya en desarrollo

Tras comprobar que este embrión en concreto estaba correcto y morfológicamente intacto, los autores detectaron células germinales primordiales (células precursoras que dan lugar a óvulos o espermatozoides) –aunque no supieron especificar dónde–. El trabajo también muestra que en esta fase tan temprana el embrión humano tiene varios tipos de células sanguíneas, incluidos los glóbulos rojos primitivos.

“Fue una sorpresa ver glóbulos rojos tan pronto; se forman antes en los seres humanos de lo que podríamos haber pensado basándonos en los estudios con ratones. Otro aspecto interesante es que ya vemos muchos tipos diferentes de células sanguíneas, tanto rojas como blancas. Esto apunta a que la sangre se está diversificando muy pronto”, indica a SINC Srinivas, que comparó estos resultados con modelos de ratón, lo que refuerza el papel de este animal en las investigaciones.

Además, mediante secuenciación de ARN, los científicos descubrieron que todas las células sanguíneas detectadas eran masculinas, como el propio embrión, y no procedían de la madre.

A pesar de que solo pudieron analizar un embrión, “el proceso era muy parecido al de los ratones, lo que nos dio mucha seguridad”, explica Antonio Scialdone, coautor del trabajo e investigador en el centro alemán.

Además, descubrieron que la especificación celular del sistema nervioso aún no había comenzado en esta fase del desarrollo, cuando en el ratón ya había signos de ello. “No vemos ninguna neurona en esta fase, lo que indica que el embrión aún no dispone del aparato necesario para recibir sensaciones u otras entradas”, apunta Srinivas, “algo a tener en cuenta cuando revisemos la ‘regla de los 14 días’ en relación con el cultivo de embriones humanos”. 

Los autores descubrieron que la especificación celular del sistema nervioso aún no había comenzado en esta fase del desarrollo.

“En esta investigación los científicos no observaron la especificación neuronal de las células durante el periodo de tiempo estudiado, lo que sugiere que se produce en un momento ligeramente posterior del desarrollo en comparación con otros organismos modelo”, apunta Darren Griffin, profesor de Genética en la Universidad de Kent (Reino Unido) e investigador independiente.

Así, el trabajo permite conocer más en profundidad lo que sucede en el embrión en esta etapa. «Como hay mucho interés en utilizar las células madre para generar otros tipos de células útiles, podemos aprender de la naturaleza y tratar de recrear esas condiciones en el laboratorio o la clínica”, recalca Srinivas

Para Robin Lovell-Badge, de The Francis Crick Institute y también científico independiente, la relevancia de este estudio reside en que es “un periodo muy importante para estudiar, no solo para entender nuestros inicios, sino también para ayudar a desarrollar métodos que ayuden a los embriones a desarrollarse con normalidad”.

Un límite de 14 para embriones cultivados

En 1979 se estableció el límite de los 14 días, para el cultivo de embriones humanos por el Consejo Asesor de Ética del Departamento de Salud, Educación y Bienestar de Estados Unidos. Le siguió en 1984 el Comité Warnock de Reino Unido. El Panel de Investigación sobre Embriones Humanos de los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos lo hizo en 1994. Ahora, esa norma se extiende en al menos 12 países, incluida España.

Sin embargo, ante las peticiones de muchos grupos de investigadores, estas restricciones fueron suavizadas el pasado mes de mayo en la última revisión de las directrices de la Sociedad Internacional para la Investigación en Células Madre (ISSCR).

Así, el cultivo in vitro de embriones humanos intactos pasó de ser una categoría de investigación prohibida a una permitida, siempre con una rigurosa supervisión y una aprobación de acuerdo a las leyes, insistiendo en que ningún otro método podría dar la misma información.

“Las directrices actualizadas de la ISSCR todavía tendrán que llegar a la legislación de varios países. Además, recomendaron una consulta pública, por lo que todavía puede pasar algún tiempo para que la investigación financiada con fondos públicos vaya más allá de los 14 días”, subraya Srinivas.

Su estudio podría proporcionar datos importantes para mejorar la regla de los 14 días, sobre todo respecto a la información que arroja sobre el desarrollo del sistema nervioso.

noviembre 21/2021 (SNC)

Referencia:

Tyser, R.C.V., Mahammadov, E., Nakanoh, S. et al. «Single-cell transcriptomic characterization of a gastrulating human embryo« Nature, 2021.

Un reciente estudio, publicado en Nature Communications, identifica una nueva ruta biológica, regulada por la molécula VAV2, que determina la cantidad de músculo que podemos desarrollar. El trabajo ha sido coordinado por Xosé Bustelo, del Centro de Investigación del Cáncer (CIC) y jefe de grupo del Centro de Investigación Biomédica en Red de Cáncer (CIBERONC).

Además de sus funciones asociadas a ejecutar los movimientos de nuestro cuerpo y la realización de acciones de fuerza, nuestros músculos desempeñan un papel fundamental en el equilibrio metabólico de nuestro cuerpo.

El desarrollo de la cantidad adecuada de músculo viene determinado por las hormonas, que dan órdenes para que se favorezca tanto su formación como el aumento de la masa muscular a lo largo del tiempo.

El desarrollo de la cantidad adecuada de músculo viene determinado por las hormonas, que dan órdenes para que se favorezca tanto su formación como el aumento de la masa muscular en el tiempo

Por ello, cambios en estas sustancias o sus vías de señalización pueden determinar el crecimiento anormal del músculo, su reducción o atrofia. Sin embargo, todavía desconocemos mucho sobre estos procesos biológicos.

Para lograr este hallazgo, el grupo de investigación generó dos tipos de ratones modificados genéticamente que alteraban la actividad biológica de VAV2. “Con el primer modelo experimental, que expresaba una forma activada de dicha molécula, vimos que el ratón desarrollaba una gran cantidad de masa muscular”, explica Bustelo.

“En cambio, el segundo tipo de ratón, que expresaba una forma poco activa de VAV2, presentaba una masa muscular muy reducida. Así, esta molécula tenía que ejercer un papel crucial en la determinación de la masa molecular de nuestro organismo”, añade.

“Los estudios posteriores revelaron que la función de VAV2 era la de favorecer la acción de la insulina y hormonas relacionadas en el interior de las células del músculo. Esto, a su vez, nos llevó a descubrir el mecanismo específico por el cual ejercía dicha función”, añade Sonia Rodríguez Fernández, primera autora de este trabajo.

“VAV2 parece funcionar, por tanto, como las espinacas de Popeye: cuando está muy activado contribuye a desarrollar mucho músculo y, cuando está poco activo, hace que disminuya la masa muscular”, continúa la investigadora.

Más músculo, menos obesidad

Los autores también pudieron ver que los ratones que poseían mayor masa muscular mostraban unas características más sanas y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, no desarrollaban obesidad. Por el contrario, los ratones que poseían menos músculo debido a una baja actividad de VAV2 se convertían en obesos de forma espontánea y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, engordaban mucho más que los animales control.

Los ratones con mayor masa muscular mostraban características más sanas y, cuando se les añadía una dieta rica en grasa, no desarrollaban obesidad. No ocurría lo mismo en los ratones con menos músculo

Además, los roedores desarrollaban problemas típicamente vinculados con la obesidad, como diabetes y síndrome metabólico. “Estos datos nos recuerdan el papel fundamental que tiene el músculo para mantener un equilibrio metabólico adecuado a largo plazo en nuestro organismo”, revela Bustelo.

“También indican que estar delgado es obviamente beneficioso para mantener nuestra salud, pero eso no es así si la pérdida de peso se hace a expensas de perder masa muscular”, concluye Rodríguez Fernández.

noviembre 26/2020 (SINC)

Referencia:

Rodríguez-Fdez S., Bustelo X.R. et al.: Vav2 catalysis-dependent pathways contribute to skeletal muscle growth and metabolic homeostasis. Nature Communications, 2020. doi 10.1038/s41467-020-19489-z

La financiación de este trabajo ha sido posible gracias a proyectos concedidos por el Ministerio de Ciencia e Innovación, el Ministerio de Universidades, el Instituto de Salud Carlos III, la Asociación Española contra el Cáncer (AECC) y la Junta de Castilla-León.

Los organoides, esos pequeños tejidos y órganos cultivados en el laboratorio que son anatómicamente correctos y fisiológicamente funcionales, poseen un enorme interés por sus potenciales aplicaciones, como el de facilitar la producción a demanda de dichos tejidos y miniórganos para la investigación farmacéutica y médica, sin tener que depender constantemente de los donantes.

Si bien ese objetivo puede estar todavía muy lejos, los expertos se están acercando poco a poco. Ahora, bioingenieros de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, han producido un organoide de corazón de ratón en sus primeras etapas embrionarias. El proyecto, dirigido por Giuliana Rossi y Matthias Lütolf, ha sido publicado en la revista Cell Stem Cell.

“Es la primera vez que las etapas tempranas de desarrollo del corazón son capturadas por un sistema organoide embrionario en cultivo”, revela a Sinc Rossi. “En el futuro, este modelo podría utilizarse para detectar los factores que intervienen en las enfermedades cardíacas congénitas”.

Para conseguirlo, los científicos cultivaron sus organoides a partir de células madre embrionarias de ratones que, en las condiciones adecuadas, pueden autoorganizarse en estructuras que “imitan los aspectos de la arquitectura, la composición celular y la función de los tejidos que se encuentran en los órganos reales”.

Colocadas en el cultivo celular bajo condiciones específicas, las células madre embrionarias forman un agregado tridimensional llamado gastruloide, que puede seguir las etapas de desarrollo del embrión de ratón.

La investigadora explica así la importancia de este trabajo: “El modelo puede permitir el análisis detallado de los mecanismos del desarrollo del corazón en el laboratorio, lo que reduce la necesidad de estudiar en animales y permite experimentos que no son posibles en la actualidad, ya que los embriones de mamíferos se desarrollan en el medio uterino y, por tanto, no son fácilmente accesibles”.

Este mismo año, el grupo de Lütolf ha publicado artículos sobre la normalización del crecimiento de los organoides, la impresión en 3D de los organoides, y la producción de un miniintestino funcional basado en organoides.

168 horas para el desarrollo cardíaco

Hay tres características de los gastruloides de ratón que los convierten en un modelo adecuado para imitar el desarrollo embrionario. Por un lado, establecen un plan corporal como los embriones reales y muestran patrones de expresión génica similares. Y cuando se trata del corazón, el primer órgano que se forma y funciona en el embrión, el gastruloide de ratón también conserva importantes interacciones tejido/tejido que son necesarias para su crecimiento.

Para lograr su objetivo, los autores expusieron las células madre embrionarias de ratones a tres factores conocidos por promover el crecimiento del corazón. Después de 168 horas, los gastruloides resultantes mostraron signos de desarrollo cardíaco temprano: expresaron varios genes que regulan el desarrollo cardiovascular en el embrión, e incluso generaron lo que se asemejaba a una red vascular.

Este trabajo confirma que los organoides pueden ser utilizados para imitar las etapas de desarrollo embrionario.

Es más, los investigadores descubrieron que los gastruloides desarrollaron lo que llaman un “dominio similar a una media luna cardíaca anterior”. Esta estructura produjo un tejido cardíaco latiente, similar al corazón embrionario. Y al igual que las células musculares del corazón embrionario, el compartimento latiente también era sensible a los iones de calcio.

Así, este trabajo confirma que los organoides pueden ser utilizados para imitar las etapas de desarrollo embrionario. “Una de las ventajas de los organoides embrionarios es que, mediante el codesarrollo de múltiples tejidos, conservan interacciones cruciales necesarias para la organogénesis embrionaria”, afirma Rossi. “Las células cardíacas emergentes se exponen a un contexto similar al que encuentran en el embrión”, concluye.

noviembre 12/2020 (SINC)

Referencia:

Rossi G., Matthias P. Lutolf et al.: Capturing Cardiogenesis in Gastruloids. Cell Stem Cell 2020. DOI: 10.1016/j.stem.2020.10.013

Durante una semana, niños de 6 a 8 años usaron las bandas y los investigadores encontraron un promedio de 13 contaminantes en cada una de ellas. Algunas pulseras detectaron exposición al DDT, un pesticida dañino cuyo uso está prohibido en muchos países, como Estados Unidos, desde la década de 1970.

El estudio, publicado recientemente en la revista Science of the Total Environment, es el primero en utilizar pulseras de silicona para medir la exposición de los niños a productos químicos. El estudio se realizó como parte de un proyecto de investigación llevado a cabo en Montevideo, dirigido por Katarzyna «Kasia» Kordas, profesora en Buffalo. El Instituto UB RENEW (Investigación y Educación en Energía, Medio Ambiente y Agua) proporcionó los fondos para el estudio.

«Uno de los hallazgos clave de esta investigación es que todavía observamos en los niños productos químicos industriales y agrícolas que llevan años e incluso décadas prohibidos», asegura Steven C. Travis, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en Buffalo.

El potencial de las pulseras de silicona

Las pulseras de silicona se han convertido, en los últimos años, en un método popular para medir la exposición a productos químicos, al ser fáciles de usar y un método de muestreo no invasivo. También tienen capacidad para contener productos químicos semivolátiles y capturar productos químicos durante un período de tiempo más largo. De hecho, más de 1 500 productos químicos han sido muestreados con pulseras de silicona, según Travis.

En concreto, los investigadores analizaron 45 productos químicos de cinco grupos y detectaron entre ocho y 19 productos químicos en cada una de las 23 pulseras recolectadas, bifenilos policlorados (PCB), pesticidas, difenil éteres polibromados (PBDE), retardantes de llama organofosforados (OPFR) y nuevos productos químicos ignífugos halogenados (NHFR). Los NHFR fueron el único grupo químico no detectado, según la información de la universidad norteamericana recogida por DiCYT.

«El uso de pulseras como dispositivo de muestreo personal es una excelente alternativa para evaluar qué productos químicos nocivos se acumulan en los cuerpos de los niños, en lugar de la forma tradicional de tomar muestras de sangre y medir las concentraciones químicas», dijo la coautora Diana Aga.

La presencia de PBDE se confirmó en 22 de 23 pulseras. Sin embargo, las concentraciones de este grupo químico fueron mucho más bajas que las encontradas en estudios realizados en Estados Unidos, lo que sorprendió a los investigadores.

«Con este estudio, hemos podido vincular diferentes exposiciones a ciertas características del estilo de vida», apunta Travis. «Por ejemplo, podemos sugerir que no tener alfombras en el hogar puede conducir a una menor exposición a los retardantes de llama bromados, que se usaron ampliamente en la producción de alfombras».

«Es muy preocupante que los niños pequeños estén expuestos a múltiples productos químicos, incluidos los que han sido prohibidos en los Estados Unidos por los daños que puede causar a la salud», concluye Kordas. Sabemos que cuando los químicos se registran juntos, podrían ser más perjudiciales para el desarrollo de los niños que cada químico por separado.

agosto 20/2020 (Dicyt)

Referencia Bibliográfica:

C.Travis S., Aga D.S.Queirolo E. I.,Olson J.R., Daleiro M., Kordas K.: Catching flame retardants and pesticides in silicone wristbands: Evidence of exposure to current and legacy pollutants in Uruguayan children. Science of The Total Environment. V 740, 20 October 2020, 140136. https://doi.org/10.1016/

Se trata de un gen llamado ARHGAP11B que solo se encuentra en humanos, que activa las células madre del cerebro para formar más células madre, un requisito previo para un cerebro más grande.

Estudios anteriores han demostrado que ARHGAP11B, cuando se expresa en ratones y hurones a niveles no fisiológicos altos, causa una neocorteza expandida, pero su relevancia para la evolución de los primates no ha sido clara.

Investigadores del Instituto Max Planck de Biología y Genética Celular Molecular (MPI-CBG), en Alemania, junto con colegas del Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) y la Universidad Keio en Tokio, en Japón, muestran ahora que este gen específico humano, cuando se expresa a niveles fisiológicos, causa un neocórtex agrandado en el mono tití común, un mono del Nuevo Mundo. Esto sugiere que el gen ARHGAP11B puede haber causado la expansión de neocórtex durante la evolución humana.

El neocórtex humano, la parte evolutivamente más joven de la corteza cerebral, es aproximadamente tres veces más grande que la de nuestros parientes más cercanos, los chimpancés, y su pliegue en arrugas aumentó durante la evolución para adaptarse al espacio restringido del cráneo.

Una pregunta clave para los científicos es cómo el neocórtex humano se hizo tan grande. En un estudio de 2015, el grupo de investigación de Wieland Huttner, director fundador de MPI-CBG, descubrió que bajo la influencia del gen ARHGAP11B específico para humanos, los embriones de ratón producían muchas más células progenitoras neurales e incluso podían sufrir el plegamiento de sus células normales. Los resultados sugirieron que el gen ARHGAP11B desempeña un papel clave en la expansión evolutiva de la neocorteza humana.

Este gen específico para humanos surgió a través de una duplicación parcial del gen ubicuo ARHGAP11A hace aproximadamente cinco millones de años a lo largo del linaje evolutivo que conducía a los neandertales, los denisovanos y los humanos actuales, y después de que este linaje se había segregado de aquel que conducía al chimpancé.

En un estudio de seguimiento en 2016, el grupo de investigación de Wieland Huttner descubrió una razón sorprendente por la cual la proteína ARHGAP11B contiene una secuencia de 47 aminoácidos que es específica del ser humano, no se encuentra en la proteína ARHGAP11A, y esencial para la capacidad de ARHGAP11B de aumentar células madre cerebrales.

Específicamente, una única sustitución de base C-a-G encontrada en el gen ARHGAP11B conduce a la pérdida de 55 nucleótidos del ARN mensajero ARHGAP11B, lo que provoca un cambio en el marco de lectura que resulta en el humano específico, secuencia de 47 aminoácidos funcionalmente crítica.

Esta sustitución de bases probablemente ocurrió mucho más tarde que cuando este gen surgió hace unos 5 millones de años, en cualquier momento entre hace 1,5 millones y 500 000 años. Tales mutaciones puntuales no son raras, pero en el caso de ARHGAP11B, sus ventajas de formar un cerebro más grande parecen haber influido inmediatamente en la evolución humana.

Sin embargo, hasta ahora no estaba claro si el gen ARHGAP11B específico para humanos también causaría una neocorteza agrandada en primates no humanos. Para investigar esto, los investigadores del grupo de Wieland Huttner se unieron con Erika Sasaki en el Instituto Central de Animales Experimentales (CIEA) en Kawasaki y Hideyuki Okano en la Universidad de Keio en Tokio, ambos ubicados en Japón, que fueron pioneros en el desarrollo de una tecnología para generar primates no humanos transgénicos.

Generaron titíes transgénicos comunes que expresaban el gen ARHGAP11B específico del ser humano, que normalmente no tienen, en el neocórtex en desarrollo. El primer autor del estudio, el postdoc Michael Heide, explica: De hecho, descubrimos que el neocórtex del cerebro del tití común estaba agrandada y la superficie del cerebro plegada. Su placa cortical también era más gruesa de lo normal. Además, pudimos ver un mayor número de progenitores basales de la glía radial en la zona subventricular externa y un mayor número de neuronas de la capa superior, el tipo de neurona que aumenta en la evolución de los primates.

Wieland Huttner, quien dirigió el estudio, agrega: Confinamos nuestros análisis a los fetos de tití, porque anticipamos que la expresión de este gen específico para humanos afectaría el desarrollo del neocórtex en el tití. A la luz de las posibles consecuencias imprevisibles con respecto al postnatal función cerebral, lo consideramos un requisito previo, y obligatorio desde un punto de vista ético, para determinar primero los efectos de ARHGAP11B en el desarrollo del neocórtex fetal de tití.

Los investigadores concluyen que estos resultados sugieren que el gen ARHGAP11B específico para humanos puede haber causado la expansión del neocórtex en el curso de la evolución humana.

junio 29/2020 (Europa Press) -Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

Referencia:

Ehrenreich I.M. Evolution after genome duplication. Science  26 Jun 2020. Vol. 368, Issue 6498, pp. 1424-1425. DOI: 10.1126/science.abc1796

En su trabajo, publicado en la revista Nature Materials, los científicos han inyectado el chip en el interior de un óvulo de ratón junto con un espermatozoide para estudiar las etapas iniciales de la fertilización. El dispositivo, que funciona como sensor mecánico, mide apenas 22 por 10,5 micrómetros, tiene un grosor de 25 nanómetros y una longitud 3 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano.

Con el chip dentro, los científicos han podido medir las fuerzas que reorganizan el interior del óvulo, es decir, su citoplasma, desde que se introduce el espermatozoide hasta que se divide en dos células. Haciendo un símil con el baile, el embrión realiza una coreografía de movimientos durante su desarrollo y hemos visto que no solo el movimiento es importante sino también la intensidad del mismo, comenta el líder del trabajo.

José Antonio Plaza, que dirige el Grupo de Micro y Nanoherramientas en el IMB-CNM-CSIC, explica. Nosotros vemos a través de microscopia óptica cómo el chip se dobla en el interior de la célula. Dado que conocemos perfectamente qué fuerza hay que aplicar para que se doble el dispositivo de una determinada manera, y lo hemos modelizado, visualizar la curvatura nos permite inferir qué fuerzas mecánicas se están dando en el interior de la célula, añade Plaza.

La investigación es novedosa porque la detección de estas fuerzas se ha realizado de manera directa, esto es, desde el interior del embrión y a lo largo de todo el proceso inicial de fertilización. Casi todos los trabajos realizados hasta la fecha usan herramientas externas, obteniendo una medida indirecta y si lo hacen desde el interior es de una forma muy local y no describen la reorganización del citoplasma, apuntan los autores.

Así, los científicos han hecho una medida preliminar de las fuerzas que se obtienen en la reprogramación del ADN del espermatozoide, algo que sucede justo tras la inyección del espermatozoide. Aunque es muy difícil de comparar, hemos visto que estas fuerzas son mayores que las que otros grupos han medido en células musculares, señala el investigador del CSIC.

También se ha observado que el efecto de la membrana del embrión, que es más rígida que su interior, es la responsable de que los pronúcleos (núcleos que transportan el material genético de la hembra y del macho) converjan en el centro del embrión para fusionarse. Durante la fusión, no se han detectado fuerzas. Esto podría ser así, dicen los científicos, porque de esa forma se facilita la reorganización de los cromosomas.

La siguiente etapa es la división de la primera célula en dos. Aquí, los científicos han visto cambios en la rigidez del citoplasma. En este momento, nuestros chips revelan que el citoplasma se hace más rígido, hecho que facilitaría la transmisión de las fuerzas dentro del embrión para conseguir elongarse, afirma Plaza. Esta elongación es necesaria para la posterior división en dos células. Después, en el momento en que la célula se divide en dos, el citoplasma es menos rígido, posiblemente para facilitar la división.

mayo 27/2020 (Europa Press) – Tomado de la Selección Temática sobre Medicina de Prensa Latina. Copyright 2019. Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

El pasado junio la revista Science publicó una revisión especial sobre los organoides en la que participaba tu grupo de investigación.

¿Qué se sabe hasta ahora sobre su uso en el desarrollo embrionario?

El campo de los organoides se ha desarrollado enormemente en los últimos años. Recientemente los investigadores se han dado cuenta de que no solo podemos reproducir la estructura de un órgano en el laboratorio usando células madre adultas para formar organoides, sino que también podemos reproducir la organización de un embrión utilizando células madre embrionarias. El resultado final sería un embrioide.

Parece algo realmente complejo…

No, el concepto básico es muy simple. Sabemos que las células madre embrionarias tienen la capacidad de formar todos los tipos de células presentes en el organismo adulto, pero se desconocía si era posible encontrar las condiciones adecuadas para que consigan hacerlo de manera organizada en una placa de cultivo.

“Desarrollamos un método para cultivar embriones durante 13 días. Un tiempo crucial ya que el 30 % no consiguen seguir adelante y desconocemos el porqué”.

¿Y ahora sí lo sabemos?

Sí, y es posible. Las células madre embrionarias, tanto de ratón como de humano, se han utilizado para formar estructuras en el laboratorio que se organizan y desarrollan como embriones tempranos. El desarrollo de los embrioides de ratón está más avanzado que el de los humanos, y ya se ha conseguido combinar células madre embrionarias con células madre extraembrionarias, es decir, las que forman la placenta, para formar dichos embrioides con todos los tejidos de embriones tempranos verdaderos.

¿Es optimista sobre su potencial utilización en este ámbito?

Esta nueva tecnología ayudará en el futuro a analizar los mecanismos básicos del desarrollo de los embriones sin necesidad de utilizarlos. Esto es particularmente importante para el estudio del desarrollo humano, ya que los embriones sobrantes de la fecundación in vitro son un material muy escaso. La otra ventaja de este sistema es que es más simple que un embrión verdadero, con lo cual se puede examinar la influencia de variables específicas en el desarrollo.

Imagino que conseguir embriones para la investigación es complejo

Todos los embriones humanos que hemos utilizado en nuestra investigación son sobrantes de la fecundación in vitro, es decir, los padres decidieron donar los embriones a la investigación en vez de dejarlos perecer. La donación fue específica a nuestro proyecto, y todo el trabajo se hizo bajo la regulación de la autoridad competente en Inglaterra, la Autoridad de Fertilización Humana y Embriología (HFEA).

En 2016 publicaste un estudio mostrando cómo habíais logrado mantener con vida por primera vez embriones humanos in vitro durante trece días. ¿Cómo se puede aplicar este hallazgo en el campo de la fecundación?

Los sistemas de cultivos tradicionales nos permitían cultivar los embriones humanos hasta el día 7, cuando es necesario implantarlos en el útero materno. Nosotros decidimos desarrollar un método para cultivarlos durante una semana más, ya que este tiempo es crucial: aproximadamente el 30 % de los embriones no consiguen seguir adelante y desconocemos el porqué.

Sorprendentemente, comprobamos que los embriones seguían desarrollándose hasta el día 13, sin necesidad de útero materno. Ahora nos gustaría utilizar este sistema para analizar por qué tantos embriones no consiguen seguir adelante, y predecir cuáles tienen más potencial de desarrollarse de manera correcta.

¿Qué se ha avanzado desde entonces?

En la actualidad estamos utilizando este nuevo sistema para estudiar embriones humanos que tienen anomalías concretas. Por ejemplo, embriones con un número incorrecto de cromosomas. Sabemos que una de las grandes limitaciones para la reproducción humana es la alta tasa de problemas cromosómicos, sin embargo, desconocemos las consecuencias concretas de anomalías específicas.

“Todos los embriones humanos que hemos utilizado en nuestra investigación son sobrantes de la fecundación in vitro”

¿Y vais a trabajar en averiguarlo?

Nuestro objetivo actual es comprender cómo alteraciones concretas en el número de cromosomas del embrión afectan su desarrollo. En febrero de 2020 empezaré mi propio grupo de investigación en el Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge, y continuaré estudiando los mecanismos necesarios para el correcto desarrollo del embrión.

¿Es cierto que los embriones, aunque no estén implantados en el útero, son autónomos?

Los embriones muestran un cierto grado de independencia. Lo que comprobamos es que estructuras concretas como la cavidad amniótica –que protege al embrión de daños mecánicos o de la respuesta inmunitaria de la madre– o los tejidos característicos de la placenta y el saco vitelino se pueden formar sin necesidad de que el embrión esté implantado. Nuestros descubrimientos, junto con el desarrollo de los embrioides, nos demuestran que los embriones y las células madre embrionarias tienen una capacidad increíble para formar estructuras de manera correcta y autónoma. Solo tenemos que encontrar las condiciones adecuadas para que lo consigan.

¿Qué logros consideras que alcanzaréis en el futuro?

En el futuro esperamos poder utilizar estos nuevos modelos de embrioides y sistemas de cultivo para entender cómo el embrión humano transforma radicalmente su forma en el momento de la implantación, y qué mecanismos no funcionan cuando los embriones no lo consiguen. Descubrir los mecanismos básicos del desarrollo es el primer paso de cara a desarrollar en el futuro técnicas para mejor la eficacia de la reproducción asistida.

enero 27/2020 (SINC)

Los resultados del trabajo, que aparecen detallados en la revista Nature Communications, demuestran que el cerebro en desarrollo tiene una mayor plasticidad de la que se pensaba hasta ahora, ya que favorece aquellos circuitos con una mayor funcionalidad ante situaciones adversas o la carencia de estímulos, como la expansión de los sentidos del oído y el tacto en los ciegos de nacimiento.

Los dos hemisferios cerebrales procesan información distinta y la conexión entre ambos es esencial para la realización de las funciones más complejas, como la verbalización de la información sensorial, la interpretación de un discurso dentro de su contexto o las relaciones sociales. Ambos hemisferios están conectados mediante el cuerpo calloso, una autovía de intercambio de información que se desarrolla durante la infancia y la adolescencia.

Hasta ahora se pensaba que este proceso consistía en consolidar las conexiones entre los dos hemisferios de las neuronas callosas que encontramos en el adulto, ya que se creía que son las únicas capaces de cruzar al hemisferio opuesto, mientras que el resto de neuronas no podrían explorar fuera del hemisferio en el que residen, explica la investigadora del CSIC Marta Nieto.

El grupo del Centro Nacional de Biotecnología, en colaboración con investigadoras del Instituto Cajal del CSIC y la Universidad de Tulane de Nueva Orleans, Estados Unidos, ha estudiado qué hace que una neurona de la corteza cerebral decida establecer conexiones a largo y corto alcance. Para ello, han analizado en ratones los circuitos interhemisféricos que procesan la información sensorial del exterior en un grupo de neuronas considerado hasta ahora como el paradigma de neurona local, la cual recibe la información sensorial a través del tálamo.

Una autovía de conexión entre neuronas

La investigación demuestra que los axones de estas neuronas sí exploran el hemisferio opuesto y tienen capacidad real de conectarse a través del cuerpo calloso, el cual solo utilizan,  si el estímulo sensorial local en el que reside la neurona desaparece.

Estos mecanismos facilitan un ensamblaje del cerebro mucho más a la carta de lo que se pensaba. Todo indica que el cerebro en desarrollo evita generar circuitos inútiles y favorece aquellos de mayor funcionalidad, como puede ser la expansión de las capacidades auditivas o táctiles en un individuo ciego de nacimiento, recalca Nieto.

Noelia Sofía de León, primera autora del trabajo, explica: Hasta ahora se creía que el modo de conexión de una neurona estaba predeterminado desde el nacimiento y, por tanto, los circuitos corticales estaban fuertemente predeterminados. Sin embargo, nuestro trabajo demuestra que, inicialmente, dicha distinción entre neuronas locales e interhemisféricas no existe y que las neuronas al nacer poseen una gran plasticidad.

El trabajo ayuda a profundizar en la diversidad de los procesamientos y respuestas cerebrales, en cómo se generan los circuitos corticales, y abre el camino a mejorar el tratamiento de síndromes como el espectro autista, caracterizado por la dificultad para procesar información social que proviene del lenguaje no verbal.

noviembre 04/2019 (Dicyt)

Referencia bibliográfica 

N. S. De León Reyes, S. Mederos, I. Varela, L.A. Weiss, G. Perea. M. J. Galazo, M. Nieto. Transient callosal projections of L4 neurons are eliminated for the acquisition of local connectivity. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-019-12495-w

Un estudio llevado a cabo por el equipo de la Dra. Sophie Zadeh, en el Centro de Investigaciones sobre la Familia en la Universidad de Cambridge, Reino Unido, sugiere que tales niños se encuentran generalmente bien adaptados, con sentimientos positivos sobre la vida familiar, aunque plantean preguntas sobre la ausencia de un padre en sus familias.

El estudio publicado en Eshre journal, consistió en una evaluación de 51 familias con únicamente la madre como progenitor oficial, que fueron comparadas (tanto cuantitativa como cualitativamente) con 52 familias con madre y padre heterosexuales que tenían al menos un niño de 4 a 9 años concebido mediante reproducción asistida con donante. Cada comparación principal entre una familia con solo madre y una con madre y padre se hizo cuando la edad y el género de los niños eran los mismos. También se tuvieron en cuenta factores demográficos como por ejemplo el nivel educativo de la madre.

El estudio es el primero que examina la adaptación de los niños y las perspectivas de estos en familias con solo la madre, a una edad en la que estos son lo bastante mayores como para entender las circunstancias familiares y lo que significa crecer sin un padre, y el único estudio de su tipo que evalúa las propias declaraciones de los niños sobre sus experiencias familiares y sociales.

agosto 201/2016 (Noticias de la ciencia)

Los espacios verdes y azules se asocian con una mejor salud mental de los niños. Ahora investigadores del CREAL, centro aliado ISGlobal, confirman que estos espacios naturales tienen un impacto positivo en el desarrollo del comportamiento infantil.

Por lo general, estimaron asociaciones beneficiosas entre los indicadores de comportamiento y un mayor tiempo dedicado a espacios verdes y playas (área azul), y con las zonas verdes alrededor de la residencia.

Más tiempo de permanencia en los espacios verdes y azules se asocia con la reducción de una serie de problemas emocionales

Concretamente, los investigadores encontraron que más tiempo de permanencia en los espacios verdes y azules se asocia con la reducción de una serie de problemas emocionales y de comportamiento en los escolares.

Medir el verdor

Este estudio se basó en una muestra de 2111 niños en edad escolar (7-10 años) de 36 escuelas de Barcelona que participan en el proyecto BREATHE. Obtuvieron datos sobre el tiempo que pasó en los espacios verdes y playas, cuestionarios de fortalezas y debilidades realizada por los padres, y los cuestionarios de Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH/DSM-IV) realizado por los profesores.

El verdor que rodea a los niños se obtuvo con el Índice de Vegetación Normalizado (NDVI) en distancias de 100m, 250m, 500m y alrededor de cada domicilio. La proximidad a los espacios verdes se definió como vivir a unos 300 metros de un espacio verde importante. Los datos sobre el tiempo de permanencia en los espacios verdes y azules se recogieron mediante cuestionarios.
diciembre 12/2014 (SINC)

Amoly E, Dadvand P, Forns J, Lopez-Vicente M, Basagaña X, Sunyer J. Green and Blue Spaces and Behavioral Development in Barcelona Schoolchildren: The BREATHE Project.Environ Health Perspect. 2014 Dic;122(12):1351-8. doi: 10.1289/ehp.1408215.

Los niños con trastornos del espectro alcohólico fetal (TEAF) muestran una activación del cerebro más débil durante las tareas cognitivas específicas que en sus homólogos no afectados, según un estudio realizado por Prapti Gautam y sus colaboradores del Instituto de Investigación Saban del Hospital infantil de Los Ángeles (Estados Unidos).

La investigación, publicada en Cerebral Cortex (doi: 10.1093/cercor/bhu162), indica la existencia de un posible mecanismo neural para los persistentes problemas de atención observados en individuos con TEAF. Los trastornos del espectro alcohólico fetal abarcan una amplia variedad de síntomas que están relacionados con la exposición de alcohol en el útero, entre las que se encuentra un deterioro cognitivo, déficits de atención y una anomalía en el sistema nerviosa central.

La infancia y la adolescencia, son las etapas donde más se desarrollan las funciones cerebrales responsable rendimiento de la memoria y la atención, por ello ese periodo resulta vital para el correcto desarrollo de las conexiones y redes neuronales. El estudio muestra que una exposición prenatal al alcohol puede alterar el desarrollo de estas funciones cerebrales. Los investigadores observaron a un grupo de niños con TEAF durante más de dos años y a otro grupo de niños que no padecían esa patología, se les realizaron resonancias magnéticas funcionales para observar la activación del cerebro a través de tareas mentales como la atención viso-espacial (cómo percibimos visualmente las relaciones espaciales entre objetos de entorno exterior) y el ejercicio de la memoria.

«Tras el estudio, se demostró que existen diferencias significativas en el desarrollo de la activación cerebral a lo largo del tiempo entre los dos grupos analizados, a pesar de que no diferían en el modo de ejecutar las tareas», ha explicado la principal autora del estudio, Elizabeth Sowell, directora del Laboratorio de Neuroimagen Cognitiva del Desarrollo del Instituto de Investigación Saban.

Finalmente, los resultados demostraron que una exposición prenatal al alcohol puede cambiar cómo se desarrollan las señales cerebrales durante la infancia y la adolescencia mucho tiempo después de que se produjeran los efectos dañinos de la exposición al alcohol en el útero. Un desarrollo atípico de la activación cerebral observada en niños con TEAF podría explicar la persistencia, a medida que crecen, de problemas en la función cognitiva y conductual detectada en este sector poblacional.
agosto 5/2014 (Diario Salud)

Nguyen TT, Glass L, Coles CD, Kable JA, May PA, Kalberg WO.The Clinical Utility and Specificity of Parent Report of Executive Function among Children with Prenatal Alcohol Exposure.J Int Neuropsychol Soc. 2014 Jul 17:1-13

El estudio «Identificación de adolescentes en situación de comportamiento sexual de riesgo, vías de desarrollo dentro y fuera de internet» estableció tres vías de desarrollo de una conducta sexual de riesgo en el uso de internet, incluyendo el sexting y los encuentros vituales.

En la primera de ellas y la más usual, en un 70.2 %  de los casos no había riesgo, en la segunda el 23.7 %  se identificó con un riesgo moderado, y sólo un alto riesgo en el 6.1 %.

En tanto, fuera del espacio virtual no se identificó riesgo en el 90.6 %  de los casos, y una vía cada vez mayor de riesgo del 9.4 %.

Ambos espacios, el virtual y el real estaban relacionados y tenían predictores comunes, es decir, la búsqueda de sensaciones, y había como constante un bajo nivel educativo.

El estudio de la AAP fue coordinado por Susanne Baumgartner, de la Universidad de Amsterdam, Holanda, contó con la participaron de mil 762 adolescentes, entre 12 a 18 años de edad. De ellos, el 49 %  eran mujeres, con un promedio de 14 años.

En el análisis, que se difunde esta semana en la revista Pediatrics (doi:10.1542/peds.2012-0842), se utilizaron modelos grupales para identificar vías de desarrollo dentro y fuera de internet y se examinó la relación entre ambos comportamientos a través del tiempo.

Los investigadores concluyeron que sólo una minoría de adolescentes muestra un comportamiento sexual de riesgo alto sostenido dentro de la red cibernética.

Este grupo es probable que consista en adolescentes de bajo nivel de educación y de alta búsqueda de sensaciones, que pasan más tiempo en la comunicación a través de internet y provienen de familias menos cohesionadas.

Esos mismos adolescentes también son más propensos a participar en formas de comportamiento sexual de riesgo fuera del espacio virtual, por lo que los investigadores recomendaron el desarrollo de acciones de prevención en este grupo juvenil.
noviembre 9/2012 (Notimex).

Nota: Los lectores del dominio *sld.cu acceden al texto completo a través de Hinari.

Tomado del boletín de selección temática de Prensa Latina: Copyright 2011 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.»

Baumgartner SE, Sumter SR, Peter J, Valkenburg PM. Identifying Teens at Risk: Developmental Pathways of Online and Offline Sexual Risk Behavior. Pediatrics peds.2012-0842. Nov 5, 2012