Los organoides cerebrales han surgido recientemente como modelos prometedores para estudiar el desarrollo del cerebro humano, así como una variedad de condiciones neurológicas. Proceden de células madre pluripotentes inducidas por humanos, que generalmente se derivan de células de la piel.
Sin embargo, a pesar de su interesante desarrollo, ningún equipo de investigación había podido demostrar que los organoides del cerebro humano implantados en la corteza cerebral de un ratón pudieran compartir las mismas propiedades funcionales y reaccionar a los estímulos de la misma manera.
Hasta ahora.
Un equipo de ingenieros y neurocientíficos de la Universidad de California en San Diego han demostrado por primera vez que ratones implantados con organoides cerebrales humanos tienen conectividad funcional con su corteza y responden a estímulos sensoriales externos, gracias a una innovadora configuración con matrices de microelectrodos de grafeno transparentes e imágenes de dos fotones. El experimento, que duró dos meses, demostró que los organoides implantados en la corteza cerebral de unos roedores, respondieron a los estímulos visuales de la misma manera que los tejidos circundantes, según apuntan los investigadores en su estudio publicado en la revista Nature Communications.
“Ningún otro estudio ha podido grabar óptica y eléctricamente al mismo tiempo”, expone Madison Wilson, líder del trabajo. “Nuestros experimentos revelan que los estímulos visuales evocan respuestas electrofisiológicas en los organoides, coincidiendo con las respuestas de la corteza circundante”.
La principal barrera para demostrar este fenómeno siempre ha sido tecnológica, ya que los conjuntos de electrodos existentes no son lo suficientemente sutiles como para registrar una actividad tan matizada. Sin embargo, los investigadores pudieron superar este obstáculo utilizando nanopartículas de platino para crear matrices de microelectrodos de grafeno transparentes.
Mientras usaban microscopía de dos fotones en los ratones con organoides implantados, los investigadores les dieron a los ratones estimulación visual usando un LED de luz blanca óptica. Los canales de electrodos de los organoides mostraron actividad eléctrica, lo que indica que respondían a los estímulos de manera similar al tejido implantado.
¿Qué aplicaciones puede tener este avance?
“Esta configuración experimental abre oportunidades sin precedentes para las investigaciones de las disfunciones a nivel de la red neuronal humana que subyacen a las enfermedades cerebrales del desarrollo”, aclaran los autores.
Dirigido por Duygu Kuzum, miembro de la facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California en San Diego, el equipo colaboró con el laboratorio de Anna Devor en la Universidad de Boston, además del laboratorio de Alysson R. Muotri en UC San Diego; y el laboratorio de Fred H. Gage en el Instituto Salk.
“Prevemos que, más adelante, esta combinación de células madre y tecnologías de neurograbación se utilizará para modelar enfermedades en condiciones fisiológicas, examinar tratamientos candidatos en organoides específicos de pacientes y evaluar el potencial de los organoides para restaurar las células perdidas, degeneradas o dañadas en diversas regiones del cerebro”, concluyen los científicos.
Sin duda, un trabajo prometedor que podría ayudar a la planificación de nuevos y potenciales tratamientos relacionados con las enfermedades neurológicas.
