Cerebros en miniatura: cultivaron organoides durante seis años y revelaron cómo conservan su memoria celular

Un equipo de científicos de la Universidad de Harvard, Estados Unidos, creó organoides cerebrales —pequeños modelos de cerebro tridimensionales cultivados en laboratorio— capaces de registrar el paso del tiempo y conservar una memoria celular de su edad de desarrollo.

Este avance abre una vía para estudiar etapas posnatales del cerebro humano que hasta ahora resultaban casi inaccesibles porque ese órgano tarda cerca de 20 años en madurar y se desarrolla dentro del cráneo.

Los experimentos siguieron a estos modelos durante casi seis años, el período más largo documentado hasta ahora para organoides cerebrales. Muchos trabajos anteriores con estos sistemas se limitaban a unas pocas semanas o meses.

El estudio, publicado en Nature, describe dos avances centrales: la duración del cultivo y la capacidad funcional de estas estructuras derivadas de células madre. Los investigadores comprobaron que podían detectar el transcurso del tiempo de desarrollo y recuperar esa información más tarde.

El cerebro humano está compuesto por 86 mil millones de neuronas y billones de conexiones. Esa maquinaria biológica, formada por impulsos eléctricos y señales químicas dentro de una masa de grasa, proteínas y agua de alrededor de 1,4 kg, presenta una dificultad experimental adicional: su maduración es mucho más lenta que la de la mayoría de las especies.

Los organoides mostraron señales de maduración comparables a las del cerebro real

Para analizar la maduración de decenas de organoides, el equipo utilizó mediciones genéticas, técnicas de imagen y registros electrofisiológicos. La investigación señaló que, de forma decisiva, recurrieron a marcadores de ADN como relojes epigenéticos para demostrar que las muestras cultivadas maduraban de manera similar a los cerebros reales.

No todos los tipos celulares sobrevivieron con la misma eficacia dentro de los organoides. Aun así, la mayoría de las grandes familias celulares exhibió una maduración molecular sostenida durante todo el experimento, en concordancia con procesos observados dentro del organismo.

Entre las células que emergieron durante ese desarrollo aparecieron los astrocitos, de forma estrellada, que ayudan a sostener y mantener la barrera hematoencefálica. También surgieron oligodendrocitos, responsables de generar la vaina grasa de mielina que aísla las fibras nerviosas.

Los investigadores detectaron además una disminución progresiva de las neuronas, células frágiles pero esenciales para las principales funciones cerebrales. Aun con esa caída, mostraron que poblaciones neuronales podían sobrevivir en cultivo durante cerca de seis años.

El trabajo también identificó una forma de preservar mejor esas neuronas: mantenerlas en actividad espontánea, algo similar a realizar ejercicios de forma regular. Ese régimen se sostuvo con un medio de cultivo especializado que reproduce con mayor fidelidad el entorno químico del sistema nervioso central.

Las células conservaron memoria de su edad

La pregunta central del estudio fue cómo registran las células cerebrales el paso del tiempo. Los autores propusieron que existe “un reloj intrínseco celular que fija el ritmo del desarrollo cerebral, aunque sus mecanismos moleculares y su significado funcional todavía deben aclararse”, citado por el medio.

Para poner a prueba esa idea, separaron organoides de distintas edades en sus células constitutivas y luego las reensamblaron en “quimeroides”, estructuras formadas por componentes individuales de edades diferentes. Esos quimeroides conservaron una memoria celular de su historia de desarrollo, incluso después de haber sido desagregados y reunidos otra vez.

Un ejemplo fue especialmente claro: un quimeroide hecho con células viejas produjo descendencia acorde con esa edad, como astroglias, aunque solo había madurado durante 15 días tras el reensamblaje. Cuando esas células se mezclaron con otras más jóvenes, el estado molecular se desplazó parcialmente hacia una condición más joven, pero sin borrar las huellas de su pasado.

Cuando progenitores viejos se obtuvieron a partir de células viejas reagrupadas, “recordaron” el tiempo que ya habían pasado en cultivo y omitieron etapas ya completadas. Así, generaron en dos semanas una descendencia que, de otro modo, habría necesitado dos meses.

Los autores sostuvieron que mantener organoides durante períodos tan prolongados ofrece un modelo para reproducir rasgos moleculares, estructurales y funcionales seleccionados de la maduración posnatal de las células cerebrales humanas.

En esa línea, concluyeron que estos cultivos extendidos y el volumen de datos obtenidos conforman un sistema experimental potente para estudiar mecanismos todavía poco explorados de la neotenia, la maduración y la evolución del cerebro humano.