Un estudio publicado en la revista ´Stem Cells Reports´ ha revelado que la reprogramación de células es capaz de generar redes neuronales que reproducen características únicas de las células humanas. Éstas serían diferentes a las que se obtienen a partir de células de roedor, con dinámicas temporales que recuerdan al desarrollo del cerebro humano. Un descubrimiento que podría impulsar el desarrollo de nuevas terapias en la lucha contra las neuropatías.
El estudio ha sido dirigido por Daniel Tornero Prieto, de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud, el Instituto de Neurociencias de la Universidad de Barcelona (UBNeuro) y el IDIBAPS. También han participado: Jordi Soriano Fradera y Estefanía Estévez Priego, de la Facultad de Física y el Instituto de Sistemas Complejos de la UB (UBICS) y Zaal Kokaia, de la Universidad de Lund (Suecia), entre otros.
Reprogramación celular para superar los límites de los modelos animales
A pesar de compartir gran parte de nuestro genoma con la mayoría de los mamíferos, “existen diferencias considerables entre nuestras células y las de otras especies”, ha explicado Daniel Tornero. “En concreto, existen unas diferencias muy significativas en el cerebro, sobre todo a nivel de organización y conectividad. Esto hace que nuestras capacidades cognitivas sean tan diferentes y también explica por qué los defectos que dan lugar a las patologías que afectan a nuestro cerebro no se reproducen de la misma manera en los cerebros de estos animales”, ha añadido.
Los límites que presentan los estudios con modelos animales podrían superarse mediante la tecnología de reprogramación celular, basada en la inducción de células madre pluripotentes humanas (hiPSCs), que fue desarrollada por Shinya Yamanaka en 2007. Se trata de una metodología capaz de generar cultivos de cualquier tipo celular a partir de células de una persona adulta con un gran potencial de aplicación clínica en terapia celular y medicina regenerativa.
El equipo ha aplicado la técnica de registros de los niveles de calcio intracelulares para comparar las propiedades de los cultivos neuronales generados con la tecnología de reprogramación celular a partir de células humanas, con los que se han obtenido de cerebros de roedor y humanos. Esta técnica ofrece una medida indirecta de la actividad neuronal: durante el impulso nervioso, que se transmite de una neurona a la siguiente, los niveles de calcio aumentan de manera característica y pueden registrarse mediante los sensores de calcio intracelulares.
Diferencias entre los diferentes circuitos neuronales
El equipo ha podido estudiar y diferenciar por primera vez las características propias de los diferentes circuitos neuronales generados, unas estructuras biológicas que a simple vista podrían parecer idénticas.
Los resultados muestran que las neuronas de origen humano se comportan de manera diferente a la hora de generar circuitos neuronales desde el punto de vista funcional. Estas características explicarían en parte los problemas asociados a los modelos animales usados para estudiar las patologías del cerebro humano.
“En primer lugar, lo que más nos llama la atención es la escala temporal que determina la generación y maduración de la red neuronal. Los cultivos derivados de células humanas muestran un comportamiento dinámico rico y a la vez gradual, de manera que se observa claramente el proceso de maduración de la red neuronal generada desde los 20 días hasta los 45 días de cultivo”, ha añadido Tornero. “Durante ese período se ha podido analizar cómo la red neuronal va ganando en complejidad con el tiempo, a medida que las neuronas humanas se van conectando cada vez más entre ellas”.
“Los circuitos neuronales generados a partir de células de roedor muestran un comportamiento monótono desde tiempos muy cortos, sin apenas cambios a lo largo de su evolución”
Daniel Tornero Prieto, investigador de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud, el Instituto de Neurociencias de la Universidad de Barcelona (UBNeuro) y el IDIBAP
Protocolos seguros y bancos de células compatibles
Los modelos celulares basados en células humanas reprogramadas se perfilan como un paso intermedio relevante entre los estudios animales y la aplicación clínica. La generación de estos modelos para el estudio de enfermedades basados en células humanas reprogramadas se encuentra bastante establecida en los estudios preclínicos -cultivos 2D o en los sistemas órgano en un chip (OoCs)- y más recientemente, en la obtención de sistemas 3D basados en el uso de biomateriales, organoides o bioimpresión.
En medicina regenerativa, la aplicación de esta tecnología en estrategias de terapia celular revela un gran potencial y existen muchos ensayos clínicos sobre diversas patologías (diabetes tipo 1, infarto de miocardio, lesión medular, degeneración macular, enfermedad de Párkinson, etc.). Establecer protocolos seguros y fiables y generar bancos de células compatibles con los distintos grupos alogénicos que existen en la población son algunos de los retos más ambiciosos en este ámbito.
“Además, la reprogramación celular basada en la inducción de células madre pluripotentes humanas permitiría generar modelos específicos de cada paciente y, mediante las herramientas de edición genética (como la técnica CRISPR/Cas9), sería posible obtener células control en las que la mutación que origina la patología se encuentre corregida”, ha concluido el investigador de la Facultad de Medicina y Ciencias de la Salud, el Instituto de Neurociencias de la Universidad de Barcelona (UBNeuro) y el IDIBAP.
