02 Mar Pequeños chips descubren secreto detrás de las arrugas del cerebro de los bebés
La investigación adicional en esta dirección podría conducir a nuevos conocimientos sobre otros trastornos que están ligados al desarrollo del cerebro, incluida la microcefalia, la epilepsia y la esquizofrenia.
Bebé recién nacido. (Foto: Ingimage)
Los cerebros sanos de los recién nacidos suelen estar arrugados como las nueces, mientras que los que nacen sin arrugas sufren del «síndrome del cerebro liso», que está relacionado con deficiencias graves del desarrollo y una expectativa de vida marcadamente reducida. El gen que causa este síndrome recientemente ayudó a los investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann a investigar las fuerzas físicas que causan la formación de las arrugas del cerebro.
En sus conclusiones, divulgadas el lunes en Nature Physics, los investigadores describen un método que desarrollaron para hacer crecer pequeños «cerebros en chips» de células humanas que les permitieron rastrear los mecanismos físicos y biológicos subyacentes al proceso de arrugas.
Diminutos cerebros cultivados en el laboratorio a partir de células madre embrionarias, llamadas organoides, fueron explorados en la última década por los Profs. Yoshiki Sasai en Japón y Juergen Knoblich en Austria.
La Prof. Orly Reiner del departamento de genética molecular del Instituto Weizmann dice que su laboratorio, junto con muchos otros, incluyó la idea de cultivar organoides.
Pero un investigador en su laboratorio, el Dr. Eyal Karzbrun, frenó su entusiasmo al señalar que los tamaños de los organoides que habían obtenido estaban lejos de ser uniformes. Del mismo modo, sin vasos sanguíneos, el interior no tenía un suministro constante de nutrientes y comenzaron a morir. Además, el grosor del tejido interfirió con la obtención de imágenes ópticas y el seguimiento microscópico.
Incluso antes de la fecha de publicación del documento, la comunidad científica mostró gran interés en este nuevo enfoque para el cultivo de organoides. «No es exactamente un cerebro, pero es un modelo bastante bueno para el desarrollo del cerebro», dijo Reiner. «Ahora tenemos una comprensión mucho mejor de lo que hace arrugar un cerebro o, en el caso de aquellos con un gen mutado, liso». Los investigadores planean continuar desarrollando su enfoque, que creen que podría conducir a nuevos conocimientos sobre otros trastornos que están relacionados con el desarrollo cerebral, incluida la microcefalia, la epilepsia y la esquizofrenia.
Karzbrun desarrolló un nuevo enfoque para el cultivo de organoides, uno que le permitió al grupo seguir sus procesos de crecimiento en tiempo real: limitó su crecimiento en el eje vertical, dándole un organoide en forma de pan de pita, redondo y plano con un espacio delgado en el medio. Esta forma permitió al grupo obtener una imagen del tejido delgado a medida que se desarrollaba y además suministrar nutrientes a todas las células. Y para la segunda semana del crecimiento y desarrollo del pequeño «cerebro», las arrugas comenzaron a aparecer y luego a profundizarse. Karzbrun señaló: «Esta es la primera vez que se observa un plegamiento en los organoides, aparentemente debido a la arquitectura de nuestro sistema».
Un físico por formación, Karzbrun recurrió naturalmente a los modelos físicos para el comportamiento de los materiales elásticos para comprender la formación de las arrugas. Los pliegues o arrugas en una superficie son el resultado de la inestabilidad mecánica: fuerzas de compresión aplicadas a alguna parte del material. Entonces, por ejemplo, si hay una expansión desigual en una parte del material, otra parte podría verse forzada a retirarse para acomodar la presión. En los organoides, los científicos encontraron tal inestabilidad mecánica en dos lugares: el citoesqueleto (esqueleto interno) de las células en el centro del organoide se contrajo y los núcleos de las células cercanas a la superficie se expandieron, o, explicó, el exterior del «pita» creció más rápido que su interior.
Si bien este logro fue impresionante, Reiner no estaba convencida de que las arrugas en los organoides realmente estuvieran modelando los pliegues en un cerebro en desarrollo. Entonces, el grupo desarrolló nuevos organoides, esta vez con las mismas mutaciones que transmiten los bebés con síndrome del cerebro liso. Reiner había identificado este gen – LIS1 – en 1993 y ha investigado su papel en el cerebro en desarrollo y en la enfermedad, que afecta a uno de cada 30,000 nacimientos. Entre otras cosas, el gen participa en la migración de las células nerviosas al cerebro durante el desarrollo embrionario, y también regula el citoesqueleto y los motores moleculares en la célula.
Los organoides con el gen mutado crecieron a las mismas proporciones que los otros, pero desarrollaron pocos pliegues y los que desarrollaron tenían una forma muy diferente a las arrugas normales. Partiendo del supuesto de que las diferencias en las propiedades físicas de la célula eran responsables de estas variaciones, el grupo investigó las células del órganoide con microscopía de fuerza atómica, con la ayuda del Dr. Sidney Cohen, del departamento de apoyo a la investigación química del instituto. Por medidas de elasticidad, las células normales eran aproximadamente dos veces más rígidas que las mutadas, que eran básicamente blandas.
Reiner concluyó: «Descubrimos una diferencia significativa en las propiedades físicas de las células en los dos organoides, pero también observamos diferencias en sus propiedades biológicas».
Fuente: The Jerusalem Post
Traducido: Consulado General H. de Israel en Guayaquil
