MADRID, 25 Abr. (EUROPA PRESS) -
El estudio de un nuevo tipo de cerebro del tamaño de una cabeza de alfiler, fabricado en el laboratorio con tecnología puntera y sugerido inicialmente por tres estudiantes de secundaria, ha confirmado una forma clave en la que el virus Zika causa microcefalia y otros daños en el cerebro fetal: mediante la infección de las células madre especializadas que construyen la capa externa, la corteza cerebral.
Los mini-cerebros cultivados en laboratorio, que sus autores, investigadores del Hospital Johns Hopkins, en Baltimore, Maryland, Estados Unidos, consideran más fieles al real y más rentables que otros modelos de investigación similares, se produjo gracias al hijo de dos científicos de Johns Hopkins y otros dos estudiantes de secundaria que estaban haciendo prácticas de investigación en verano.
Tenían la idea de hacer el dispositivo para el cultivo de los mini-cerebros con una impresora 3-D. Estos denominados biorreactores, y los mini-cerebros que generan, deben abrir otras ventanas nuevas y valiosas en el desarrollo del cerebro humano, trastornos cerebrales y pruebas farmacológicas, y tal vez incluso producir neuronas para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y otros trastornos, dicen los científicos.
"Hemos estado trabajando durante tres años para desarrollar un mejor modelo de investigación del desarrollo del cerebro, y es una suerte que ahora podamos utilizar éste para arrojar luz sobre la gran crisis de salud pública que suponen las infecciones de Zika", dice Hongjun Song, profesor de Neurología y Neurociencia en el Instituto de Ingeniería Celular de la Escuela de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
"Este modelo en 3-D más realista confirma lo que sospechábamos sobre la base de lo que vimos en un cultivo de células de dos dimensiones: Zika provoca microcefalia --cerebros y cabezas anormalmente pequeños-- principalmente atacando las células progenitoras neurales que construyen el cerebro y convirtiéndolas en fábricas de virus", añade este investigador, cuyo trabajo se detalla en un artículo publicado este viernes en 'Cell'.
En los últimos años, los investigadores en diversos campos han comenzado a cultivar órganos minúsculos de células madre humanas para obtener una mejor panorámica del desarrollo y la enfermedad, y acelerar la búsqueda de nuevos fármacos. Pero las técnicas existentes para crear y trabajar con mini-cerebros estuvieron limitadas por la complejidad del órgano, dice Song.
Aunque los mini-cerebro en sí son aproximadamente del tamaño de una cabeza de alfiler, los biorreactores donde crecieron fueron comparativamente grandes, aproximadamente del tamaño de una lata de refresco. Eso hizo que el trabajo con los mini-cerebros fuera caro, dado el alto costo de los nutrientes necesarios para cultivar células madre humanas en el laboratorio, dice, así como el gasto en factores de crecimiento químicos que guían el tejido a organizarse como un verdadero cerebro.
Pocos laboratorios podían permitirse el lujo de producir suficientes mini-cerebros para ser útiles para la investigación, apunta Song, y aquellos que produce tejidos con células especializadas para diferentes partes del cerebro se mezclaron al azar.
Song y su esposa y la investigadora Guo-Li Ming, profesora de Neurología y Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento, encontraron una manera de mejorar los biorreactores en una fuente inesperada: su hijo y otros dos estudiantes de secundaria de Nueva York y Texas, que pasaron un verano trabajando en el laboratorio.
Los estudiantes habían trabajado con las impresoras 3-D y pensaron que podrían ser la clave para producir un mejor biorreactor, uno que se ajustara sobre sobre 12 placas de laboratorio de uso común e hiciera girar el líquido y las células del interior a la velocidad correcta para permitir que las células formen cerebros.
Por supuesto, no era tan sencillo, reconoce Song. El estudiante graduado Xuyu Qian y el becario postdoctoral Ha Nam Nguyen pasaron años determinando factores a la velocidad óptima, así como en qué momento se debían agregar los productos químicos y los factores de crecimiento para producir el resultado deseado.
UN DISPOSITIVO CON POSIBLES APLICACIONES PARA EL PARKINSON
El equipo de investigadores ha utilizado hasta ahora el nuevo biorreactor, apodado SpinO, para hacer tres tipos de mini-cerebros que imitan la parte delantera, central y posterior de un cerebro humano. Usaron el cerebro anterior, el primero mini-cerebro con seis capas de tipos de células cerebrales que se encuentran en la corteza cerebral humana, para el estudio actual en Zika.
"Una cosa que los mini-cerebros nos permitieron hacer fue modelar los efectos de la exposición al virus Zika durante las diferentes etapas del embarazo --subraya Ming--. Si la infección se produjo muy temprano en el desarrollo, el virus principalmente infectó las células progenitoras neurales de los mini-cerebros y los efectos fueron muy graves. Después de un tiempo, los mini-cerebro dejan de crecer y se desintegran".
"En una etapa posterior, imitando el segundo trimestre, Zika todavía estaba preferentemente infectando las células progenitoras neurales, pero también afectó a algunas neuronas. El crecimiento fue más lento y la corteza era más delgada que en los cerebros no infectados", añade.
Estos efectos diferentes corresponden a lo que los médicos han visto en los bebés nacidos de mujeres que contrajeron el Zika durante el embarazo, así como abortos involuntarios, señala. Es decir, que cuanto más temprano en el embarazo se produce la infección por el virus Zika, más graves son sus efectos.
El siguiente paso del grupo de investigación será probar fármacos ya aprobados por la agencia norteamericana del medicamento (FDA, pro sus siglas en inglés) para otras enfermeades en los mini-cerebros para ver si se podría proporcionar cierta protección contra el virus Zika. Song cree que un posible uso futuro podría ser hacer crecer las denominadas neuronas dopaminérgicas para su trasplante, reemplazando a las que mueren en la enfermedad de Parkinson. "Esta es la próxima frontera de la biología de células madre", concluye.
