Los científicos han cultivado más de 400 tipos de células nerviosas a partir de células madre

Las células nerviosas no son simples neuronas. Al analizarlas con suficiente detalle, las estimaciones más recientes sugieren que existen cientos o incluso miles de tipos diferentes de células nerviosas en el cerebro humano. Estos tipos difieren en sus funciones, el número y la duración de sus prolongaciones, y cómo se conectan entre sí. Liberan diferentes neurotransmisores en las sinapsis y, según la zona del cerebro (la corteza cerebral o el mesencéfalo, por ejemplo), se activan diferentes tipos de células.

Cuando los científicos cultivaron células nerviosas a partir de células madre en placas de Petri para experimentos, no pudieron explicar toda esta diversidad. Hasta hace poco, los investigadores habían desarrollado métodos para cultivar solo unas pocas docenas de tipos diferentes de células nerviosas in vitro. Para ello, emplearon métodos de ingeniería genética o añadieron moléculas de señalización para activar vías de señalización intracelular específicas. Sin embargo, nunca se habían acercado a capturar la diversidad de los cientos o miles de tipos diferentes de células nerviosas que existen en el cuerpo.

«Las neuronas derivadas de células madre se utilizan a menudo para estudiar enfermedades. Sin embargo, hasta ahora, los investigadores han ignorado con frecuencia con qué tipos de neuronas trabajan», afirma Barbara Treutlein, profesora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH de Zúrich en Basilea.

Sin embargo, afirma que éste no es el mejor enfoque para este tipo de trabajo.

"Si queremos desarrollar modelos celulares para estudiar enfermedades y trastornos como el Alzheimer, el Parkinson y la depresión, debemos considerar el tipo específico de célula nerviosa involucrada en el proceso patológico".

La detección sistemática como clave del éxito

Treutlein y su equipo han producido con éxito más de 400 tipos diferentes de células nerviosas, allanando el camino para una investigación neurológica fundamental más precisa utilizando cultivos celulares.

Los científicos de la ETH lograron esto trabajando con un cultivo de células madre pluripotentes humanas inducidas, derivadas de células sanguíneas. En estas células, modificaron genéticamente ciertos genes reguladores neuronales y las trataron con diferentes morfógenos, una clase especial de moléculas de señalización. El equipo de Treutlein empleó un enfoque sistemático: siete morfógenos en diferentes combinaciones y concentraciones en sus experimentos de cribado. Esto finalmente generó casi 200 conjuntos diferentes de condiciones experimentales.

Morfógenos

Los morfógenos son sustancias señalizadoras conocidas a partir de estudios del desarrollo embrionario. Se distribuyen de forma desigual en el embrión y, en diferentes concentraciones, forman gradientes espaciales. Por lo tanto, determinan la posición de las células en el embrión; por ejemplo, si una célula está más cerca del eje del cuerpo o se ubica en la espalda, el abdomen, la cabeza o el torso. En consecuencia, los morfógenos ayudan a determinar qué estructuras se formarán en las diferentes partes del cuerpo.

Los científicos emplearon diversas técnicas de análisis para demostrar que habían logrado obtener más de 400 tipos diferentes de células nerviosas en el experimento. Estudiaron el ARN (y, por lo tanto, la actividad genética) a nivel de células individuales, así como su apariencia y función, incluyendo los tipos de procesos celulares que presentaban y los impulsos nerviosos eléctricos que emitían.

Los investigadores compararon sus datos con información de bases de datos de neuronas cerebrales humanas. Esto les permitió determinar los tipos de células nerviosas que se crearon, como las células del sistema nervioso periférico o las neuronas, así como la zona del cerebro de la que provenían y sus funciones: percibir el dolor, el frío, el movimiento, etc.

Neuronas in vitro para la búsqueda de sustancias activas

Treutlein afirmó que aún están lejos de poder producir in vitro todos los tipos de células nerviosas existentes en el cuerpo. Sin embargo, los investigadores ahora tienen acceso a muchos más tipos de células diferentes que antes.

Quieren utilizar neuronas cultivadas in vitro para desarrollar modelos celulares que permitan estudiar enfermedades neurológicas graves, como la esquizofrenia, el Alzheimer, el Parkinson, la epilepsia, los trastornos del sueño y la esclerosis múltiple. Estos modelos celulares también son de gran interés para la investigación farmacéutica, ya que permiten probar los efectos de nuevos compuestos activos en cultivos celulares sin utilizar animales, con el objetivo final de algún día descubrir cómo curar estas enfermedades.

En el futuro, estas células también podrían utilizarse para una terapia de reemplazo celular, en la que las células nerviosas cerebrales enfermas o muertas se reemplazan por nuevas células humanas.

Pero antes de que eso suceda, hay un problema que resolver: en sus experimentos, los investigadores a menudo producían una mezcla de varios tipos diferentes de células nerviosas. Ahora están trabajando en optimizar el método para que cada condición experimental produzca solo un tipo específico de célula. Ya tienen algunas ideas iniciales sobre cómo lograrlo.