Los 'minicerebros' cultivados en laboratorio ayudan a revelar por qué la lesión cerebral traumática aumenta el riesgo de demencia
Los modelos en miniatura del cerebro están ayudando a los científicos a estudiar el daño celular infligido por lesiones cerebrales traumáticas.
Los minicerebros cultivados en el laboratorio pueden ayudar a explicar por qué las conmociones cerebrales y otras lesiones cerebrales traumáticas (TBI) aumentan el riesgo de demencia en las personas.
En un nuevo estudio, publicado el jueves (4 de abril) en la revista Cell Stem Cell, los científicos informaron los resultados de un experimento en el que destruyeron estos modelos del cerebro humano cultivados en laboratorio. u>, conocidos como organoides cerebrales, con ondas ultrasónicas de alta intensidad. Las ondas pretendían imitar el daño a las células cerebrales inducido por lesiones cerebrales traumáticas graves.
La investigación sugiere una estrategia para bloquear los efectos posteriores de las lesiones cerebrales, informaron los autores del estudio. En teoría, el tratamiento podría utilizarse como medida preventiva o como terapia después de la lesión. Sin embargo, se necesitan muchos más estudios antes de que dicho tratamiento pueda usarse en personas.
Los organoides cerebrales utilizados en el estudio parecían grupos de células cerebrales del tamaño de una cabeza de alfiler, en lugar de versiones perfectamente miniaturizadas de cerebros humanos de tamaño completo. Dicho esto, los organoides capturan aspectos de la biología humana que son difíciles de estudiar en animales, como los ratones de laboratorio. También se pueden cultivar para incluir tipos específicos de células de diferentes regiones del cerebro, dispuestas en capas como lo estarían en la cabeza de una persona.
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En este estudio, los investigadores cultivaron organoides a partir de células recolectadas de donantes humanos sanos y de personas con esclerosis lateral amiotrófica (ELA) o demencia frontotemporal, dos tipos de enfermedades neurodegenerativas. Los científicos han descubierto que las mutaciones en un gen llamado C9orf72 aumentan el riesgo de ambas enfermedades y, en este caso, todos los donantes portaban una copia mutante de ese gen.
Las células recolectadas de cada grupo se modificaron en el laboratorio para que volvieran a convertirse en células madre que luego pudieran ser inducidas a crecer hasta convertirse en cualquier tipo de célula. Los investigadores bombardearon los organoides resultantes con pulsos ultrasónicos para imitar algunos efectos de una lesión cerebral traumática, incluida la muerte de las células cerebrales y cambios en una proteína llamada tau, que está implicada en la enfermedad de Alzheimer.
Además, el equipo observó cambios en una proteína llamada TDP-43, que en el pasado se ha relacionado tanto con TBI como con muchas enfermedades neurodegenerativas. La proteína, que normalmente se encuentra acorralada en el núcleo de las células sanas, participa en el control de cómo se utilizan las instrucciones del ADN para producir proteínas. Pero en condiciones neurodegenerativas, TDP-43 se acumula en grupos.
La nueva investigación sugiere que, después de una lesión cerebral traumática, el mal funcionamiento de las proteínas TDP-43 daña y mata las células cerebrales. Parte de la razón por la que estas proteínas se vuelven locas puede deberse a que se han escapado del núcleo, descubrió el equipo.
Estos cambios dañinos en TDP-43 fueron más prevalentes en los organoides cultivados a partir de células de personas con ELA o demencia que en los de donantes sanos. Esto sugiere que, debido a este mecanismo, las TBI pueden ser especialmente peligrosas para quienes ya tienen un riesgo genético de demencia.
A continuación, el equipo buscó formas de prevenir o revertir las lesiones. "Luego probamos cada gen del genoma humano para ver si podíamos rescatar esa lesión suprimiendo cualquier gen individual", dijo el autor principal Justin Ichida, profesor asociado de biología de células madre y medicina regenerativa en la Universidad. del sur de California, dijo en un comunicado.
Encontraron un gen para una proteína en la superficie de las células (KCNJ2) que, cuando se desactivaba, proporcionaba protección contra los efectos de las TBI. Los investigadores probaron esto en sus organoides y en ratones de laboratorio y encontraron efectos consistentes.
"Apuntar a KCNJ2 puede reducir la muerte de las células nerviosas después de una lesión cerebral traumática", dijo Ichida en otra declaración. "Esto podría tener potencial como tratamiento post-lesión o como profiláctico [tratamiento preventivo] para atletas y otras personas con alto riesgo de sufrir una lesión cerebral traumática".
Pero, una vez más, se necesita más investigación para trasladar ese tratamiento de los organoides a los pacientes humanos.
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