Organoides corticales humanos modelan redes neuronales

ARRIBA: Organoides corticales humanos de 10 meses de edadMUOTRI LAB, UCSD

Organoides corticales: haces tridimensionales de neuronas y glía cultivados en una placa a partir de células pluripotentes inducidas las células madre se parecen mucho a los cerebros diminutos. Y aunque la expresión génica, los tipos de células y la organización que se encuentran en estas estructuras esféricas tienen similitudes con la corteza en desarrollo, no está claro si también son un modelo apropiado para explorar cómo se forman las redes neuronales.

En un estudio publicado hoy (29 de agosto) en Cell Stem Cell, los investigadores han demostrado que los organoides derivados de células madre humanas producen ondas cerebrales que se vuelven más complejas a medida que el desarrollo avanza. La actividad neuronal sincronizada puede ser bloqueada por fármacos, una señal de que las células se comunicaban entre sí y formaban circuitos neuronales funcionales dentro de los cerebros en miniatura.

Los autores establecen paralelismos entre los organoides’ patrones neuronales y los de los cerebros de bebés prematuros y señalarlos como evidencia de que cortical…

La idea de organoides desarrollados a partir de fibroblastos que nos darán información específica del paciente es realmente emocionante, dice John Huguenard , un electrofisiólogo de la Universidad de Stanford que no participó en el estudio. Estoy un poco menos entusiasmado con la naturaleza de la actividad que están viendo. Es una señal de que van en la dirección correcta, [pero] todavía no han llegado.

Trabajos anteriores han demostrado que las neuronas en los organoides corticales son capaces de activarse aquí y allá. Alysson Muotri, biólogo de la Universidad de California en San Diego, le dice a The Scientist  que inicialmente se mostró escéptico de que estos organoides pudieran crear redes neuronales más sofisticadas, al menos en parte porque les faltan algunos tipos de células. que se encuentran en el cerebro en desarrollo.

Para explorar esta pregunta, él y su equipo cultivaron organoides a partir de células madre pluripotentes inducidas derivadas de fibroblastos de hombres adultos sanos y verificaron que los tipos de células que normalmente se encuentran en la corteza estaban organizados en capas similares a los presentes en el cerebro en desarrollo. Luego colocaron los minicerebros en placas de cultivo especiales que contenían matrices de electrodos múltiples que se usaban para registrar la actividad neuronal.

Una sección transversal de un organoide de cerebro humanoMUOTRI LAB, UCSD

Cuando sus cultivos tenían alrededor de dos meses de edad, Los investigadores comenzaron a ver algunos pequeños picos rítmicos de oscilaciones en los potenciales de acción a través de múltiples neuronas en la vecindad de los conjuntos de electrodos que iban y venían. A medida que los organoides maduraban, la actividad neuronal seguía aumentando en frecuencia y complejidad y podía interrumpirse con fármacos que bloqueaban la actividad sináptica, lo que indicaba que las redes neuronales estaban presentes.

Los autores examinaron a continuación posibles paralelismos entre el cerebro de los organoides ondas y el cerebro humano. Usando una colección de datos de electroencefalograma (EEG) de bebés prematuros de 24 a 38 semanas, entrenaron un programa de aprendizaje automático para determinar la edad del sujeto en función de la actividad neuronal detectada por los EEG. Cuando el equipo de investigación alimentó la información de la computadora de los organoides cerebrales, no pudo distinguir los datos provenientes de un EEG de los recopilados por las matrices de multielectrodos de los organoides a partir de aproximadamente 25 semanas.

Muotri dice que el resultado podría significar que la actividad eléctrica de los organoides sigue una trayectoria de desarrollo similar a la del cerebro humano y que, en el futuro, este sistema modelo podría usarse para estudiar condiciones en las que las redes neuronales funcionan de manera diferente, como la epilepsia.

Me alegra ver que también ven ráfagas de red similares a las que hemos mostrado anteriormente, pero muestran que esta actividad se vuelve más madura en este artículo, Madeline Lancaster, bióloga del desarrollo del Laboratorio de Biología Molecular MRC en el UK que no participó en el estudio, escribe en un correo electrónico a The Scientist. Si bien la actividad neuronal coordinada es interesante, es importante tener en cuenta qué se está midiendo exactamente, agrega, y explica que las ondas cerebrales son disparos coordinados de largo alcance de neuronas con una frecuencia particular que se pueden detectar de inmediato sin un análisis extenso de datos usando un simple EEG. Aquí, los autores están midiendo ráfagas de red de muy corto alcance utilizando una matriz de electrodos múltiples. Luego, al filtrar ampliamente los datos, pueden mostrar frecuencias particulares, dice ella. Sin embargo, se debe enfatizar que esto no es lo mismo que una onda cerebral.

Es un informe intrigante e interesante, pero creo que debemos ser cautelosos con las comparaciones que se hacen entre la actividad en los organoides y actividad cerebral normal capturada por EEG en bebés humanos prematuros, dice Arnold Kriegstein, biólogo de células madre de la Universidad de California en San Francisco, que no participó en el trabajo. Explica que, a diferencia de los cerebros en desarrollo in vivo, los organoides carecen de conexiones con otras áreas del cerebro y también carecen de neuronas inhibitorias, que subyacen en gran parte de la actividad EEG en el cerebro humano. Estas y otras cuestiones plantean interrogantes sobre los mecanismos que subyacen a estas oscilaciones y si los circuitos que se forman se parecen en algo a los de una corteza real.

Todavía es prematuro utilizar este tipo de actividad como medida de lo normal frente a lo actividad anormal en estados de enfermedad, dice Kriegstein. A falta de más información sobre la evolución de la actividad normal, así como de dónde proviene esta actividad en los organoides, cómo se genera y de qué depende, va a ser muy difícil decidir cómo podría ser esto. alterado en una enfermedad. 

CA Trujillo et al., Las ondas oscilatorias complejas que emergen de los organoides corticales modelan el desarrollo temprano de la red del cerebro humano, Célula Célula madre, doi:10.1016/j.stem.2019.08.002, 2019.

Abby Olena es una periodista independiente que vive en Carolina del Norte. Encuéntrela en Twitter @abbyolena.

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