En un estudio reciente, publicado en la revista Cell Stem Cell, minicerebros cultivados en laboratorio a partir de células madre desarrollaron espontáneamente estructuras rudimentarias similares a ojos. En estos minúsculos organoides cerebrales derivados de humanos, cultivados in vitro, los científicos del Hospital Universitario de Düsseldorf en Alemania observaron el crecimiento bilateral de dos copas oculares simétricas, reflejo del desarrollo de las estructuras oculares en embriones humanos. Este increíble resultado puede mejorar nuestra comprensión del proceso de diferenciación y desarrollo de los ojos, así como de los mecanismos que subyacen a muchas enfermedades oculares.
«Nuestro trabajo pone de relieve la extraordinaria capacidad de los organoides cerebrales para generar estructuras sensoriales primitivas sensibles a la luz que albergan tipos celulares similares a los del cuerpo humano», afirma el neurocientífico Jay Gopalakrishnan, del Hospital Universitario de Düsseldorf. «Estos minicerebros pueden ser útiles para estudiar las interacciones cerebro-ojo durante el desarrollo embrionario. También servirán de modelo para estudiar trastornos congénitos de la retina y generar células retinianas específicas de cada paciente para ensayos farmacológicos personalizados y trasplantes».
Está claro que los organoides cerebrales no son cerebros reales. Se trata de pequeñas estructuras tridimensionales cultivadas a partir de células madre pluripotentes inducidas -células extraídas de seres humanos adultos y reprogramadas en células madre- que tienen el potencial de diferenciarse en muchos tipos de tejidos.
En este caso concreto, se empujó a las células madre a crecer diferenciándose en tejido cerebral. Estos minicerebros se utilizan con fines de investigación, ya que el uso de cerebros vivos reales sería inviable o, al menos, complicado desde el punto de vista ético. Son útiles, por ejemplo, para probar respuestas a fármacos u observar el desarrollo celular en determinadas condiciones adversas.
En investigaciones anteriores, otros científicos habían utilizado células madre embrionarias para cultivar vasos ópticos, las estructuras a partir de las cuales se originan los globos oculares durante el desarrollo embrionario. Y otros grupos habían desarrollado estructuras ópticas similares a partir de células madre pluripotentes inducidas. En lugar de cultivar estas estructuras directamente, el equipo de Gopalakrishnan se propuso cultivarlas como parte integrante de organoides cerebrales, con la ventaja de poder observar cómo los dos tipos de tejido podían crecer juntos e interactuar.
«El desarrollo ocular es un proceso complejo, y entenderlo podría permitirnos comprender mejor las bases moleculares de las enfermedades de la retina», escriben los investigadores en su artículo, «por lo que es crucial estudiar las vesículas ópticas, que están presentes en las primeras fases del desarrollo embrionario del ojo y cuyo extremo proximal está unido al cerebro anterior, esencial para la correcta formación de las estructuras oculares».
En trabajos anteriores, durante el desarrollo de organoides los científicos ya habían observado la presencia de células retinianas, pero éstas no habían desarrollado estructuras ópticas. Por ello, el equipo cambió el protocolo experimental y, mediante la adición de acetato de retinol al medio de cultivo, favoreció la diferenciación ocular. En estas condiciones, los minicerebros formaron vasos ópticos a los 30 días de desarrollo y las estructuras eran claramente visibles a los 50 días, lo que coincide con el calendario de desarrollo del ojo en el embrión humano, significando que estos organoides podrían ser útiles para estudiar los entresijos de este proceso.
También hay otras implicaciones: las copas ópticas obtenidas en este estudio contenían distintos tipos de células retinianas, organizadas en redes neuronales, que respondían a la luz e incluso contenían un cristalino y tejido corneal. Por último, las estructuras mostraban conectividad retiniana con regiones de tejido cerebral. «En el cerebro de los mamíferos, las fibras nerviosas de las células ganglionares de la retina se extienden para conectarse con sus objetivos cerebrales, algo que nunca se había demostrado antes en un sistema in vitro», afirma Gopalakrishnan.
Estos resultados demostraron ser reproducibles: de los 314 organoides cerebrales cultivados por el equipo, el 73% desarrollaron vasos ópticos. El equipo de investigación espera desarrollar nuevas estrategias para mantener estas estructuras en cultivo durante periodos de tiempo más largos con el fin de profundizar en la investigación.
«Se pueden desarrollar organoides cerebrales que contengan vesículas ópticas que muestren tipos celulares neuronales altamente especializados, lo que allana el camino para la generación de organoides personalizados y láminas de epitelio retiniano para trasplantes», escriben los científicos en su artículo. «También creemos que estos organoides de nueva generación serán útiles para estudiar retinopatías que surgen en las primeras etapas del neurodesarrollo».
BIBLIOGRAFÍA:
Dr. Carmelo Chines
Director responsable