Científicos crean “mini cerebros” artificiales para diferenciar casos de esquizofrenia y trastorno bipolar

La posibilidad de diferenciar entre esquizofrenia y trastorno bipolar podría dar un giro con el uso de "mini cerebros" artificiales desarrollados por la Universidad Johns Hopkins, en Estados Unidos.

Estos organoides cerebrales, combinados con técnicas de aprendizaje automático (“machine learning” en inglés), permitieron a los investigadores identificar patrones eléctricos únicos que distinguen ambos trastornos de los cerebros sanos.

Alcanzaron una precisión diagnóstica de hasta el 92% tras la aplicación de estímulos eléctricos, según el estudio publicado en la revista APL Bioengineering.

Durante décadas, la esquizofrenia y el trastorno bipolar han representado un reto para los profesionales de la salud mental debido a la ausencia de marcadores biológicos claros.

Annie Kathuria, ingeniera biomédica de la universidad y líder del equipo de investigación, explicó que esos trastornos son difíciles de diagnosticar porque no existe una parte específica del cerebro que se altere ni enzimas concretas que se activen, como ocurre en otras enfermedades neurológicas.

Actualmente, el diagnóstico depende en gran medida del juicio clínico, mientras que el tratamiento suele basarse en la prueba y error con medicamentos, un proceso que puede prolongarse durante meses y afectar la calidad de vida de los pacientes.

El avance presentado por los expertos de Johns Hopkins se apoya en la creación de organoides cerebrales.

Consisten en estructuras tridimensionales cultivadas en laboratorio a partir de células sanguíneas y cutáneas de pacientes con esquizofrenia, trastorno bipolar y personas sanas.

Esas células se reprogramaron en células madre, capaces de generar tejidos similares a los del cerebro humano.

Los organoides, de aproximadamente tres milímetros de diámetro, contienen diversos tipos de células neuronales presentes en la corteza prefrontal, región asociada a funciones cognitivas superiores, así como mielina, que facilita la transmisión de señales eléctricas.

El equipo utilizó algoritmos de aprendizaje automático para analizar la actividad eléctrica de estos mini cerebros artificiales.

Al comparar los patrones de disparo neuronal, lograron identificar firmas eléctricas distintivas asociadas a cada condición.

Inicialmente, la precisión para distinguir entre organoides de pacientes con esquizofrenia, trastorno bipolar y personas sanas fue del 83%.

Sin embargo, al aplicar leves impulsos eléctricos a los tejidos, la exactitud aumentó al 92%. Esto sugiere que los estímulos adicionales permiten revelar con mayor claridad las diferencias en la actividad neuroeléctrica.

Los resultados revelaron comportamientos electrofisiológicos complejos y únicos para cada trastorno, con picos de actividad neuronal y alteraciones en distintos intervalos que, en conjunto, conforman una firma específica para la esquizofrenia y otra para el trastorno bipolar.

Kathuria destacó que, al menos a nivel molecular, es posible comprobar qué falla al crear estos cerebros en una placa y distinguir entre organoides de una persona sana, un paciente con esquizofrenia o uno con trastorno bipolar según estas firmas electrofisiológicas.

El equipo rastreó las señales eléctricas producidas por las neuronas durante el desarrollo de los organoides y las comparó con las de individuos sin estos trastornos mentales.

Para llevar a cabo el análisis, los investigadores colocaron los organoides sobre microchips equipados con matrices de electrodos, similares a una red eléctrica en miniatura.

Este sistema permitió registrar la actividad neuronal como si se tratara de un electroencefalograma (EEG) a pequeña escala, herramienta habitual en la medición de la actividad cerebral en pacientes.

La presencia de mielina en los organoides mejoró la conectividad de las señales, al simular de manera más fiel el funcionamiento del cerebro humano.

Aunque el estudio se realizó con una muestra limitada de 12 pacientes, los resultados abren la puerta a futuras aplicaciones clínicas.

El equipo colabora actualmente con neurocirujanos, psiquiatras y otros científicos de la institución para ampliar la recolección de muestras y probar cómo diferentes concentraciones de fármacos afectan la actividad de los organoides.

Kathuria señaló que, incluso con un grupo reducido, ya es posible sugerir concentraciones de medicamentos que podrían normalizar las condiciones de los mini cerebros artificiales.

De esta manera, se puede vislumbrar el potencial de personalizar los tratamientos y reducir el período de prueba y error en la medicación.

En la práctica clínica actual, la elección del fármaco adecuado para tratar la esquizofrenia puede requerir varios meses de ajustes, ya que cerca del 40% de los pacientes no responde al medicamento más comúnmente prescrito.

Con el desarrollo de organoides cerebrales, se espera que en el futuro los médicos puedan identificar el tratamiento más eficaz para cada paciente desde el inicio, acortar el tiempo de espera y mejorar los resultados terapéuticos.