De modelos tradicionales a organoides cerebrales: Nuevas perspectivas sobre las enfermedades neurológicas.

Las enfermedades neurológicas como el Alzheimer y el Parkinson han sido  difíciles de estudiar durante mucho tiempo, debido a su compleja fisiopatología y la falta de terapias eficaces. Las metodologías de investigación tradicionales, como los modelos animales y cultivos celulares bidimensionales, no siempre logran representar la complejidad de estas enfermedades.

La aparición de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) y tecnologías de organoides cerebrales en 3D han dado lugar a modelos de tejido cerebral humano altamente biomiméticos. Los organoides cerebrales pueden imitar el desarrollo cerebral, la formación de redes neuronales y las interacciones celulares complejas, lo que los convierte en herramientas útiles para el modelado de enfermedades, la evaluación de herramientas para terapia génica y el análisis de fármacos, impulsando así la medicina de precisión.

Figura 1. Diagrama de protocolo de diferenciación de organoides cerebrales. ACROBiosystems

Aplicaciones de organoides cerebrales en el modelado de enfermedades neurológicas.

El Alzheimer (AD) y la enfermedad de Parkinson (EP) son trastornos neurodegenerativos causados por una agregación de proteínas aberrantes. Los organoides cerebrales derivados de iPSC imitan los procesos patogénicos de estos trastornos in vitro, incluida la agregación aberrante de la proteína Tau o la α-sinucleína (α-syn). Esto permite a investigadores analizar los cambios patológicos asociados a estas enfermedades y obtener información experimental que contribuya a identificar soluciones terapéuticas viables.

Modelado de AD: Visualización de la agregación de la proteína Tau.

Los organoides cerebrales (Cat. No. CIPO-BWL001K), diferenciados con el kit de diferenciación de organoides (Cat. No. RIPO-BWM001K), fueron co-cultivados con distintas concentraciones de fibrillas preformadas de Tau (PFFs) (Cat. No. TAU-H5113) para crear un modelo de Alzheimer (Figura 2). La agregación de Tau se promovió significativamente con la adición de Tau PFFs, y concentraciones más altas de PFFs generaron una mayor agregación de Tau, como lo evidenció el aumento de la expresión de p-Tau181 (Cat. No. PT1-Y2073).

Figura 2. Los PFF de Tau inducen su agregación en organoides cerebrales. ACROBiosystems

Modelado de la EP: Degeneración de las neuronas dopaminérgicas.

Los organoides cerebrales (Cat. No. CIPO-BWL001K) fueron diferenciados utilizando el mismo kit de diferenciación de organoides y co-cultivados con distintas cantidades de fibrillas preformadas de α-sinucleína (α-syn PFFs) (Cat. No. ALN-H5115) para generar un modelo de la enfermedad de Parkinson (Figura 3). La adición de α-syn PFFs alteró la expresión de las neuronas maduras (MAP2) y neuronas dopaminérgicas (TH), lo que indica daño en MAP2 y en las TH.

Figura 3. Las PFF de α-sin inducen daño neuronal en organoides cerebrales. ACROBiosystems

Aplicación de los organoides cerebrales en la optimización de vectores para terapia génica.

Los vectores de virus adenoasociados (AAV), que actúan como “vehículos” para llevar genes, se usan ampliamente en terapia génica, donde la selección del serotipo adecuado desempeña un papel crucial para garantizar una entrega eficaz del gen. Los organoides cerebrales funcionan como una plataforma de evaluación que se asemeja mucho al ambiente complejo del cerebro humano, permitiendo valorar con exactitud la eficacia de transducción de diversos serotipos de AAV. Este método facilita la identificación del serotipo más eficaz, lo que se traduce en una entrega más dirigida y una mayor eficiencia en la expresión génica de los vectores AAV en tejidos cerebrales.

Usando organoides cerebrales cultivados durante 101 días (Cat. No. CIPO-BWL002K), se aplicaron distintos serotipos de AAV para la transducción. Los resultados de la microscopía de fluorescencia revelaron que el serotipo IVB-2 expresó más GFP en los organoides cerebrales transducidos que los demás serotipos, lo que indica una eficacia de transducción superior y mayor potencial como vector para terapia génica.

Aplicación de los organoides cerebrales en la evaluación de fármacos neurológicos.

El ácido gamma-aminobutírico (GABA) es un neurotransmisor inhibidor crucial que actúa sobre los receptores de GABA para reducir la actividad neuronal y mantener el equilibrio de la excitabilidad neuronal. Las disfunciones en la vía de señalización mediada por los receptores de GABA pueden provocar una excitabilidad neuronal excesiva, lo que puede dar lugar a diversas enfermedades o disfunciones neurológicas.

El Muscimol, un agonista del receptor GABA-A (GABAA), potencia los efectos inhibitorios del GABA sobre la actividad neuronal mediante la activación de los receptores GABAA. Su impacto en la actividad neuronal fue evaluado usando organoides cerebrales (Cat. No. CIPO-BWL001K). Los organoides cerebrales control mostraron una intensa actividad de ráfagas en red y un ritmo alto de señales eléctricas, lo que indica una alta actividad neuronal. Por el contrario, los organoides tratados con Muscimol redujeron significativamente la actividad de ráfagas en red y el ritmo de señales eléctricas. Estos hallazgos confirman que el Muscimol suprime eficazmente la excitabilidad neuronal mediante la activación de los receptores GABA.

La Picrotoxina, un antagonista del receptor GABA-A (GABAA), inhibe los impulsos inhibitorios proporcionados por los receptores GABAA, facilitando así la desinhibición de la actividad neuronal. En organoides cerebrales (Cat. No. CIPO-BWL001K) tratados con Picrotoxina, se observó una actividad sincronizada de ráfagas en red, lo que refleja el establecimiento de conexiones sinápticas entre neuronas. Esta actividad sincronizada se considera como un indicador de conectividad sináptica madura dentro de las redes neuronales. Estos hallazgos sugieren que la Picrotoxina promueve la actividad neuronal y favorece la maduración de la red mediante la inhibición de la actividad de los receptores GABAA.

Conclusión.

ACROBiosystems mantiene su compromiso con el avance de la tecnología de organoides cerebrales, como modelos neuronales tridimensionales altamente biomiméticos, están surgiendo como una valiosa plataforma para la investigación de enfermedades neurológicas y el descubrimiento de tratamientos. Simulan entornos neuronales complejos, no solo replicando los cambios patológicos en trastornos como el Alzheimer y el Parkinson, sino también ofreciendo instrumentos precisos para la terapia génica y la evaluación de fármacos para otras condiciones como desórdenes mitocondriales en neuronas. 

Esta nota fue traducida por Vania. Puedes encontrar el artículo original haciendo click en este enlace.