La técnica de una roseta cultiva organoides bien organizados

Captar la complejidad: En los organoides generados a partir de rosetas neuronales individuales crecieron no sólo neuronas excitadoras, sino también inhibidoras (rosa, verde, azul).

POR PETER HESS

Fuente: Spectrum | 02/12/2022

Fotografía: Spectrum

Los organoides cerebrales cultivados a partir de una única roseta neural se organizan de forma más predecible y reproducible que los cultivados a partir de múltiples rosetas

Según un nuevo estudio, los organoides cerebrales cultivados a partir de una única roseta neural -un grupo de células madre en forma de flor que recapitula el tubo neural- se organizan de forma más predecible y reproducible que los cultivados a partir de múltiples rosetas. Según el estudio, estos organoides también modelan con mayor fidelidad ciertos aspectos del desarrollo temprano del cerebro.

"Es una técnica apasionante que la gente puede plantearse utilizar en su laboratorio", afirma Tomasz Nowakowski, profesor adjunto de cirugía neurológica de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el trabajo. "Necesitamos desesperadamente más modelos nuevos en nuestra caja de herramientas".

Los organoides cerebrales humanos cultivados a partir de células madre pluripotentes inducidas se describieron por primera vez en 2013, y desde entonces los investigadores los han cultivado típicamente a partir de múltiples rosetas - a pesar de que el cerebro embrionario en desarrollo surge de un solo tubo neural. Según Alex Shcheglovitov, investigador principal del nuevo estudio y profesor adjunto de neurobiología en la Universidad de Utah en Salt Lake City, estos organoides pueden cultivar una variedad impredecible de tipos celulares, incluidos algunos que expresan marcadores que no se observan en el cerebro. También pueden contener secciones desorganizadas de células.

"Nos preguntábamos si podíamos hacer algo para mejorar el sistema y construir algo con una organización más predecible", explica.

Shcheglovitov y su equipo transformaron seis líneas celulares diferentes de piel humana en células madre y rosetas neuronales, y trataron rosetas individuales con factores de crecimiento para crear organoides. Los organoides de las seis líneas celulares desarrollaron células organizadas de forma similar, según revelaron las tinciones celulares.

Al cabo de un mes, los organoides habían desarrollado cinco tipos celulares diferentes, según mostró la secuenciación del ARN: células progenitoras neurales, células progenitoras intermedias excitadoras e inhibidoras y células recién nacidas excitadoras e inhibidoras.

El análisis del ARN reveló que las células progenitoras se diferencian en neuronas inhibidoras o excitadoras en función de los cambios en la expresión génica asociados a las vías de señalización celular Wnt o BMP, respectivamente. Las alteraciones de la vía Wnt, que regula el desarrollo celular, se han relacionado con el autismo y el cáncer.

Algunas de las células inhibidoras de los organoides expresan marcadores genéticos similares a los que se encuentran en el estriado, la corteza cerebral y el bulbo olfatorio fetales en desarrollo, según demostró un análisis de los patrones de expresión génica. La similitud sugiere que las rosetas neurales individuales producen organoides con múltiples tipos de células que representan múltiples áreas del cerebro humano en desarrollo.

Esta comparación refuerza los resultados, afirma Nowakowski, porque comparar los organoides con tejido cerebral en desarrollo es crucial para garantizar su fiabilidad como modelos.

Al cabo de cinco meses, los organoides habían desarrollado múltiples tipos de células no neuronales, como la glía radial y los astrocitos. Estos tipos celulares aumentan la maduración y sincronización de las neuronas en los organoides, según ha demostrado un trabajo reciente del equipo de Nowakowski.

El equipo también desarrolló organoides con sólo la mitad del nivel típico de la proteína SHANK3, relacionada con el autismo y el síndrome de Phelan-McDermid. En comparación con los organoides de control, los de la variedad SHANK3 eran más pequeños, tenían menos neuronas y sinapsis excitatorias y eran deficientes en protocadherinas agrupadas, moléculas que ayudan a controlar el desarrollo de neuronas y sinapsis.

"Sabemos que las protocadherinas agrupadas son importantes reguladores de la morfogénesis; son potentes reguladores de la conectividad neuronal", afirma Shcheglovitov, y estos resultados sugieren que una expresión reducida de SHANK3 podría perjudicar de algún modo la expresión de protocadherinas. El nuevo trabajo se publicó en octubre en Nature Communications.

Los organoides se han convertido en una herramienta cada vez más popular para modelar el cerebro en desarrollo, pero su utilidad a veces se ve limitada por su simplicidad, ya que suelen contener pocos tipos de células diferentes.

Esta nueva técnica de cultivo de organoides es una de las pocas formas posibles de modelizar con mayor fidelidad la complejidad del cerebro en desarrollo cuando se parte de células madre, afirma Nowakowski. "Los investigadores han dado con una solución que parece permitir que estas regiones cerebrales emerjan dentro de los mismos organoides cerebrales, lo que me parece elegante y muy útil, sobre todo si se está pensando en modelar algunas de esas etapas muy, muy tempranas del desarrollo cerebral."

Este procedimiento no está exento de dificultades, afirma Shcheglovitov. Aislar una sola roseta neural de un grupo puede ser difícil, y no todas las rosetas son iguales; para producir una cosecha de organoides similares es necesario crear muchos extras.

Shcheglovitov y su equipo están utilizando sus organoides para investigar cómo SHANK3 regula las protocadherinas. También investigan la interacción entre las células corticales y estriatales en los organoides: cuándo se forman, cómo las distintas células informan esas conexiones y si esas conexiones pueden verse afectadas aplicándoles corrientes eléctricas.

Citar este artículo: https://doi.org/10.53053/QELA2324

https://www.spectrumnews.org/news/toolbox/one-rosette-technique-grows-well-organized-organoids/?utm_source=Spectrum+Newsletters&utm_campaign=2c34490056-DAILY+20221202+FRIDAY+ROSETTE&utm_medium=email&utm_term=0_529db1161f-2c34490056-169086874