El equipo del Dr. Sergiu Pasca, de la Universidad de Stanford en California, Estados Unidos, ha dado un importante paso en el incipiente campo conocido como “enfermedad en placa”, en la que cultivos celulares en caja de Petri representativos del órgano enfermo a estudiar, a modo de versiones miniaturizadas y simplificadas del mismo, crecen y experimentan cambios, asociados a la enfermedad, que se pueden seguir con un nivel de detalle asombroso, el cual resultaría inviable estudiando solo al órgano de gran escala. En el caso del equipo del Dr. Pasca, el cultivo celular con el que han ensayado su técnica ha sido de neuronas, obtenidas a partir de células cutáneas humanas, fáciles de obtener de cualquier persona. Estas neuronas se conectan entre sí para formar organoides de cerebro (versiones simplificadas de este o de partes de este). Aunque diminutos, estos organoides reproducen la circuitería básica que puede revelar secretos neurológicos del cerebro de esa persona, incluso desde etapas tempranas de formación.

A mediados y finales de la gestación, las neuronas migran desde las estructuras cerebrales profundas del feto humano hacia sus lugares designados y se organizan para dar forma al tejido de lo que se convertirá en la corteza cerebral, la capa externa del cerebro, y allí donde se asientan las funciones mentales de orden superior. Este proceso de construcción es complejo y especialmente vulnerable ante amenazas genéticas y ambientales que pueden propiciar la aparición de autismo, esquizofrenia y otros trastornos cerebrales relacionados con el desarrollo neurológico.

Investigaciones anteriores del equipo de Pasca culminaron con la formación de organoides de la corteza cerebral relativamente primitivos que no mostraban cómo interactuaban las diferentes regiones de la estructura en formación. En el nuevo estudio, el citado equipo obligó a cultivos celulares tridimensionales a convertirse en organoides que representaban dos regiones específicas del prosencéfalo, y los fusionaron. Después hicieron un seguimiento de las migraciones neuronales desde un organoide del cerebro profundo hacia uno de la corteza, con gran similitud a lo observado en el desarrollo normal de fetos humanos.

Por primera vez, este nuevo modelo revela el prosencéfalo humano en desarrollo, madurando mediante la construcción de circuitos que equilibran los sistemas cerebrales excitadores e inhibitorios. Las neuronas de los organoides que se parecen a tejido típico de la región inferior del prosencéfalo pueden verse migrando para crear circuitería de la corteza con neuronas de organoides que se parecen al tejido de la región superior. Las primeras comunican una ralentización (inhibición) de la actividad neuronal, mientras que las segundas comunican una aceleración (excitación) de esta.

En organoides derivados de células cutáneas de pacientes con el síndrome de Timothy, un trastorno relacionado con el autismo, y de causa genética conocida, Pasca y sus colegas descubrieron un defecto en la migración de las neuronas de los pacientes que causó que se movieran más frecuentemente pero de forma menos eficiente, y de manera experimental lo revirtieron en la placa con un fármaco.
mayo 9/2017 (noticiasdelaciencia.com)

Se trata de un trastorno raro, solo se han registrado unos 20 casos en todo el mundo, pero a Ricardo Dolmetsch, investigador de la Universidad de Stanford le guiaba una gran motivación para rastrear las causas etiológicas de esta enfermedad. Su hijo había sido diagnosticado con este síndrome, de ahí su empeño por encontrar solución a alguno de esos interrogantes. Para ello recurrió al empleo de iPS, células reprogramadas en neuronas a partir de la piel de algunos pacientes, y se pusieron a observarlas bajo la lente del microscopio.

La ventaja del empleo de estas células es que hasta su aparición el único modo de estudiar este tipo de enfermedades neurológicas era empleando modelos de animales ya que no se podía tomar muestras del cerebro de pacientes por causas evidentes. Con las iPS, se puede analizar el sistema nervioso de cada paciente y ver en tiempo real qué conexiones establecen sus neuronas y qué neurotransmisores producen.

De esta manera, Dolmetsch y su equipo constataron algo que ya se conocía, que existe una alteración en el gen que regula el canal del calcio, lo que genera que entre mucho más calcio en las células, ocasionando múltiples problemas entre los que destaca una alteración del ritmo cardiaco. Además, estos científicos comprobaron que, en el cerebro de estos enfermos, existe un defecto en la diferenciación neuronal en las distintas capas de la corteza cerebral y del cuerpo calloso, el que hace posible la comunicación entre los hemisferios derecho e izquierdo.

Por otro lado, también observaron que las neuronas de estas personas producen más cantidad de norepinefrina y de dopamina (3,5 y 2,3 veces más que las personas sin este problema, respectivamente), dos neurotransmisores que ejercen una función hormonal y que están asociadas al estrés.

«La mayoría de estas anomalías son consistentes con la evidencia existente que relacionan los trastornos del espectro autista con defectos en la conectividad en áreas de la corteza cerebral y muestra un tamaño reducido del cuerpo calloso», explica Dolmetsch. «Nuestro estudio revela cómo esto podría ser asociado con un conjunto de mecanismos específicos a la mala regulación celular del calcio. También demuestra que las neuronas derivadas de las células iPS pueden utilizarse para identificar la base celular de un trastorno neurodegenerativo».

Pero no todo son buenas noticias relacionadas con las oportunidades que abren a la investigación las células iPS. En otro artículo que publica Nature Biotechnology, un grupo de investigadores de diferentes centros médicos de Estados Unidos evidencia las diferencias que existen entre las iPS y las células madre embrionarias. Si bien las primeras investigaciones sobre reprogramación celular presumían que estas células eran como las embrionarias, estudios posteriores cuestionaron este hecho. Este es una evidencia más de esas diferencias.

El equipo liderado por George Daley, del Instituto Médico Howard Hughes, en Boston, comparó células iPS derivadas del cordón umbilical con otras derivadas de la piel de neonatos. Al analizar estas células los investigadores comprobaron que «su patrón de metilación es considerablemente diferente y, a pesar de cumplir los criterios de pluripotencialidad, representan estados epigenéticos distintos». En otras palabras, aunque los dos tipos de células son iPS tienen unas características heredadas en función de su origen lo que las hace diferentes. También al comparar estas células con células madre embrionarias, se pudo observar que las primeras presentaban muchas regiones diferenciadas por estas marcas de su origen.

«Las señales epigenéticas del tejido original que permanecen en las células iPS reflejan las limitaciones técnicas de la reprogramación», señala el estudio. No obstante, estos investigadores sugieren que esa diferenciación podría ser una ventaja para ciertas investigaciones y aplicaciones terapéuticas, «especialmente si se diferencian células pluripotentes a partir de tejidos que representan un reto en este campo».
diciembre 4/2011 (Diario Salud)

Sergiu P Paşca,  Thomas Portmann, Irina Voineagu,  Masayuki Yazawa,  Aleksandr Shcheglovitov, et. al. Using iPSC-derived neurons to uncover cellular phenotypes associated with Timothy syndrome .
Nature Medicine, noviembre 27/2011. (doi:10.1038/nm.2576)

Kitai Kim,  Rui Zhao,  Akiko Doi,  Kitwa Ng, Juli Unternaehrer, et. al. Donor cell type can influence the epigenome and differentiation potential of human induced pluripotent stem cells. Nature Biotechnology, noviembre 27/2011. (doi:10.1038/nbt.2052)

Nota: El artículo completo se puede consultar a través de Hinari.