–Esta novedosa herramienta abre las expectativas de acelerar la investigación sobre el desarrollo del cerebro y nuevos fármacos
Al estudiar un nuevo tipo de cerebro de laboratorio que cabe en la cabeza de un alfiler, producto de una tecnología sugerida por tres estudiantes de secundaria, los investigadores de Johns Hopkins han confirmado una forma clave en la cual el virus del Zika causa la microcefalia y otros daño en los cerebros fetales: infectando las células madre especializadas que forman la capa externa, es decir, la corteza cerebral.
Estos cerebros de laboratorio en miniatura (mini cerebros), que según los investigadores son más fieles a la realidad y más rentables que otros modelos de investigación similares, fueron creados gracias al hijo de dos científicos de Johns Hopkins y otros dos estudiantes de secundaria que hacían sus pasantías de verano en el laboratorio. Su idea fue utilizar una impresora 3D para fabricar el equipo donde se hacen crecer los mini cerebros. Estos llamados biorreactores, y los mini cerebros que alimentan, abrirán nuevas e invalorables ventanas para entender el desarrollo del cerebro humano, los trastornos cerebrales y las pruebas de selección de fármacos –y tal vez incluso producir neuronas que sirvan para tratar la enfermedad de Parkinson y otras, dicen los investigadores.
El informe sobre esta investigación aparece en la edición digital del 22 de abril de la revista Cell.
«Hemos estado trabajando por tres años en desarrollar un mejor modelo de investigación para el desarrollo cerebral, y es fortuito que ahora podamos usar este para echar luz sobre la grave crisis de salud pública que representan las infecciones por el Zika,» dice el Dr. Hongjun Song, Ph.D., catedrático de Neurología y Neurociencias en el Instituto de Ingeniería Celular de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. «Este modelo 3D, que es más realista, confirma lo que sospechábamos basándonos en nuestras observaciones de cultivos celulares bidimensionales: que el Zika causa la microcefalia ( cerebros y cabezas anormalmente pequeños) atacando principalmente a las células progenitoras neurales que forman el cerebro y convirtiéndolas en fábricas de virus.»
En los últimos años, investigadores de diversas áreas han comenzado a hacer crecer órganos diminutos a partir de células madre humanas para visualizar mejor los procesos de desarrollo y de las enfermedades, y acelerar la búsqueda de nuevos fármacos. Sin embargo, aclara Song, las técnicas existentes para crear y trabajar con los mini cerebros eran limitantes dado que se trata de un órgano muy complejo. Aunque los mini cerebros son como del tamaño de la cabeza de un alfiler, los biorreactores donde crecían eran relativamente grandes, más o menos del tamaño de una lata de gaseosa. Debido a ello, agrega, el trabajo con los mini cerebros era costoso, por el elevado precio de los nutrientes necesarios para cultivar las células madre humanas en el laboratorio, añadido al costo de los factores de crecimiento químicos, los cuales guían al tejido para que se organice y forme realmente un cerebro. Pocos laboratorios podían afrontar el gasto de hacer crecer los mini cerebros suficientes requeridos para las investigaciones, indica Song, y los que podían hacerlo producían tejidos de células especializadas para diferentes partes del cerebro pero mezcladas sin ningún orden.
El Dr. Song, y su esposa y co-investigadora la Dra. Guo-li Ming, M.D., Ph.D., catedrática de Neurología, Neurociencias, y Psiquiatría y Ciencias Conductuales, descubrieron la forma de mejorar los biorreactores a través de una fuente inesperada: su hijo y otros dos estudiantes de secundaria, de Nueva York y Texas, durante un verano que pasaron practicando en el laboratorio. Los estudiantes tenían experiencia con las impresoras 3D y pensaron que ellas podían ser la clave para producir un mejor biorreactor, uno que cupiera en las placas de 12 pocillos comúnmente usadas en el laboratorio y agitara el líquido y las células adentro a la velocidad justa para permitir que esas células formaran cerebros.
Por supuesto, indica Song, esto no fue tan sencillo. Xuyu Quian, estudiante de posgrado, y Ha Nam Nguyen, PH.D., estudiante de posdoctorado, pasaron años tratando de determinar ciertos factores, como cuál era la velocidad óptima o cuáles compuestos químicos y factores de crecimiento debían agregarse, y en qué momento, para obtener el resultado deseado.
Hasta este momento, el grupo ha utilizado el nuevo biorreactor, apodado SpinΩ, para crear tres tipos de mini cerebros que simulan la parte anterior, media y posterior del cerebro humano. El actual estudio del Zika se realizó en el cerebro anterior o proscencéfalo, el primer mini cerebro formado con las seis capas de diferentes tipos de células que se encuentran en la corteza cerebral humana.
«Una de las cosas que los mini cerebros nos permitieron hacer fue modelar los efectos de la exposición al virus del Zika durante las diferentes etapas del embarazo,» indica Ming. «Si la infección ocurría en etapas muy tempranas del desarrollo, el virus infectaba principalmente a las células progenitoras neurales de los mini cerebros, y los efectos eran muy serios. Después de un tiempo, los mini cerebros dejaban de crecer y se desintegraban. En una etapa posterior, que simulaba el segundo trimestre, el Zika aún mostraba preferencia por infectar a las células progenitoras neurales, pero además afectaba a algunas neuronas. El crecimiento se hacía más lento y la corteza era más delgada que la de los cerebros no infectados.»
Las diferencias manifiestas en estos efectos corresponden a lo que los médicos han visto en los recién nacidos de mujeres que contrajeron el virus del Zika durante el embarazo, y también en abortos espontáneos, observa la investigadora, concretamente que cuanto más temprano en el embarazo quedan infectadas por el Zika, más graves son sus efectos.
El siguiente paso de los investigadores será someter a pruebas los fármacos ya aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés) para tratar otras afecciones en los mini cerebros y ver si alguno de ellos podría proporcionar protección contra el Zika. Además, incluyeron en su nuevo artículo los archivos de impresión 3D para el SpinΩ a fin de que otros estudiosos puedan imprimir en cualquier lugar sus propios biorreactores invirtiendo solo unos cuantos cientos de dólares en materiales. Song indica que en el futuro posiblemente podrían usarse para hacer crecer las llamadas neuronas dopaminérgicas (que usan la dopamina como neurotransmisor) para trasplante, las cuales reemplazarían aquellas que se extinguen en la enfermedad de Parkinson. «Esta es la siguiente frontera para la biología de las células madre,» agrega.
Entre otros autores del estudio figuran Mingxi M. Song de la Escuela Secundaria Riverhill; Christopher Hadiono de la Escuela Secundaria Byram Hills; William Jeang de la Escuela Secundaria Clear Lake; Sarah C. Ogden, Christy Hammack y Hengli Tang de la Universidad Estatal de Florida; Bing Yao, Li Lin, Yujing Li, Hao Wu y Peng Jin de la Universidad Emory; Gregory Hamersky y Brady J. Maher del Lieber Institute for Brain Development (Instituto Lieber de Desarrollo Cerebral); Fadi Jacob, Chun Zhong, Ki-jun Yoon, Jai Thakor, Daniel Berg, Ce Zhang, Eunchai Kang, Michael Chickering, David Naeun Zhexing Wen y Kimberly M. Christian de la Universidad Johns Hopkins; Cheng-Ying Ho de la Universidad George Washington; y Pei-Yong Shi de University of Texas Medical Branch (centro médico y académico de la Universidad de Texas).
Este estudio contó con la financiación del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Apoplejía (números de subvención NS048271 NS095348, NS047344, NS051630 y NS079625), el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (números de subvención AI119530 y AI111250), el Instituto Nacional de Salud Mental (números de subvención MH102690, MH104593 y MH105128), el Instituto Nacional de Ciencias de Salud Ambiental (número de subvención ES021957), el Maryland Stem Cell Research Fund (Fondo de Investigación de Células Madre de Maryland) y la Simons Foundation Autism Research Initiative (Iniciativa para Investigación del Autismo de la Fundación Simons) (número de subvención 308988). Los Dres. Guo-li Ming y Hongjun Song son miembros del Kavli Neuroscience Discovery Institute(Instituto Kavli de Descubrimiento en Neurociencias).
+++
NOTICIAS desde las visiones social empresarial y política de México 
Deja un comentario