Investigadores desarrollan método efectivo para modificar genéticamente organoides cerebrales

Los primates se encuentran entre las criaturas más inteligentes con distintas habilidades cognitivas. Sus cerebros son relativamente grandes en relación con la estatura de su cuerpo y tienen una estructura compleja. Sin embargo, aún no está claro cómo se ha desarrollado el cerebro a lo largo de la evolución y qué genes son responsables de las altas capacidades cognitivas. Cuanto mejor comprendamos el papel de los genes en el desarrollo del cerebro, más probable será que podamos desarrollar tratamientos para enfermedades cerebrales graves.

Los investigadores abordan estas preguntas eliminando o activando genes individuales y, por lo tanto, sacando conclusiones sobre su papel en el desarrollo del cerebro. Para evitar en la medida de lo posible los experimentos con animales, se utilizan organoides cerebrales como alternativa. Estas estructuras celulares tridimensionales, que tienen solo unos pocos milímetros de tamaño, reflejan diferentes etapas del desarrollo del cerebro y pueden modificarse genéticamente. Sin embargo, tales modificaciones suelen ser muy complejas, largas y costosas.

Los investigadores del Centro Alemán de Primates (DPZ), el Instituto Leibniz para la Investigación de Primates en Göttingen, han logrado manipular genéticamente organoides cerebrales de manera rápida y efectiva. El procedimiento requiere solo unos pocos días en lugar de los habituales varios meses y puede usarse para organoides de diferentes especies de primates. Los organoides cerebrales permiten así estudios comparativos de la función de los genes en las primeras etapas del desarrollo cerebral en primates y ayudan a comprender mejor las enfermedades neurológicas.

Los organoides cerebrales se cultivan en el laboratorio a partir de las llamadas células madre pluripotentes inducidas. Estas células generalmente se derivan de células de la piel o de la sangre que se «reprograman» de antemano. Es decir, se modifican para que regresen a células madre y luego puedan diferenciarse en cualquier otro tipo de célula, como las neuronas.

«Estamos particularmente interesados ​​en los factores genéticos que subyacen al desarrollo del cerebro en los primates», explica Michael Heide, jefe del Grupo de Investigación Junior Desarrollo y Evolución del Cerebro en DPZ y autor del estudio publicado en la Revista de experimentos visualizados. «Los organoides cerebrales nos permiten reproducir estos procesos en la placa de Petri. Sin embargo, para hacerlo, necesitamos modificarlos genéticamente».

Hasta ahora, estos procedimientos eran a veces muy laboriosos y tomaban varios meses. El equipo de investigadores dirigido por Michael Heide ha desarrollado ahora un método que permite manipular genéticamente organoides cerebrales de forma rápida y rentable.

«Usamos microinyección y electroporación para nuestro método», explica Heide. “En este proceso, el material genético se inyecta en los organoides con una cánula muy delgada y se introduce en las células con la ayuda de un pequeño pulso eléctrico. Solo lleva unos minutos y los organoides cerebrales se pueden analizar después de unos días. »

Los plásmidos se utilizan para insertar el material genético. Estas son piezas circulares de ADN que contienen el gen de interés. En el estudio de viabilidad, los investigadores utilizaron el gen de la proteína verde fluorescente (GFP) para este fin. Las células modificadas con éxito en organoides cerebrales brillan de color verde bajo luz fluorescente.

«El método es igualmente adecuado para organoides cerebrales de humanos, chimpancés, macacos rhesus y titíes comunes», dice Heide. «Esto nos permite realizar estudios comparativos sobre el desarrollo fisiológico y evolutivo del cerebro en primates y también es una herramienta eficaz para simular malformaciones neurológicas causadas genéticamente sin tener que utilizar monos en experimentos con animales».

Proporcionado por Leibniz-Institut für Primatenforschung