Me propuse cultivar células madre neurales en la superficie de una placa de Petri, pero en un día me di cuenta de que algo había salido mal. La preparación de proteína que estaba usando para cubrir el fondo del plato era bastante vieja, lo que significaba que las células no se pegaban como debían, sino que formaban estas bolas flotantes.
Mucha gente probablemente habría tirado estas bolas de células, pero dejé que siguieran creciendo. Muy pronto, pude ver estructuras dentro de ellos que, como neurobiólogo, reconocí como ciertas características que verías en el cerebro.
Fue fortuito en el sentido de que estos seres simplemente aparecieron en el plato cuando no los esperaba. El momento también fue muy agradable, ya que el descubrimiento ocurrió al principio de mi beca postdoctoral, lo que significaba que era libre de explorar y dejar que cualquier observación que pudiera hacer me guiara.
Después de la emoción inicial, hubo mucho trabajo para convertir estas pequeñas bolas de células en tejidos. Durante los próximos meses a un año, repetiría estos experimentos, agregaría diferentes combinaciones de suplementos ‘alimenticios’ a las células, y registraría diligentemente el resultado en mi libro de laboratorio. Finalmente descubrí que un gel de proteína en particular llamado Matrigel proporcionaba suficiente apoyo para permitir que las células se autoorganizaran en tejidos tridimensionales.
Estos tejidos tridimensionales se conocen como organoides, que literalmente significa “como un órgano”. Y eso es exactamente lo que son: son tejidos de órganos en miniatura que se asemejan a órganos reales, por ejemplo, tienen los mismos tipos de células, estructura y función similares. Dependiendo del tipo de células madre utilizadas, se desarrollan diferentes organoides. En mi caso, utilicé células neuronales para cultivar organoides cerebrales o ‘mini-cerebros’, como a veces se les llama, pero otros en Cambridge ahora están cultivando tejidos de mini-pulmón, mini-intestino y mini-hígado.
Estudiar el cerebro humano plantea un desafío. Si bien los modelos animales nos han ayudado a comprender los mecanismos fundamentales, solo pueden llevarnos hasta cierto punto. Una vez más, las neuronas derivadas de células madre humanas cultivadas en 2D han proporcionado información valiosa sobre las células en sí mismas, pero las neuronas no existen de forma aislada y, por lo tanto, hay un límite en lo que podemos comprender sobre la forma en que funciona el cerebro a partir de estos estudios.
Los organoides cerebrales nos dan algo que se parece y se comporta mucho más como algo real. Nos han permitido hacer preguntas sobre por qué somos especialmente susceptibles a enfermedades neurológicas y de salud mental como la esquizofrenia que no parecen afectar a los animales. Y, un enfoque particular de mi laboratorio, es lo que hace que el cerebro humano sea tan especial.
Entender lo que nos diferencia de otros animales es una cuestión fundamental. Por ejemplo, sabemos que los delfines son inteligentes y tienen un gran cerebro, ¡pero no tienen conversaciones con Zoom!
Los cerebros de los grandes simios son aproximadamente tres veces más pequeños que los nuestros; de hecho, mis cálculos recientes mostraron que son más cercanos en tamaño al cerebro de un ratón. Estamos realmente interesados en cómo se produce esta diferencia de tamaño.
Cultivamos organoides a partir de células de humanos y de nuestros parientes vivos más cercanos: chimpancés y gorilas. Descubrimos que había diferencias muy temprano en el desarrollo. Las células madre humanas fueron más lentas que nuestros parientes simios para pasar a un estado que permitiría el crecimiento de las neuronas. Esta variación muy sutil en esta etapa clave cuando las células se expanden exponencialmente tiene efectos dramáticos en el producto final.
También encontramos que los organoides humanos tienen el doble de tamaño, en comparación con el chimpancé y el gorila. Esto coincide muy bien con lo que ves en términos de tamaño del cerebro. Específicamente, en la corteza cerebral, el número de neuronas en el cerebro humano es el doble que el de los cerebros de los grandes simios.
Para usar la analogía de una computadora: si coloca más unidades centrales de procesamiento, obtendrá más potencia de cálculo. Creo que eso es probablemente una gran parte de lo que está sucediendo y de permitir que los humanos tengan nuestras capacidades cognitivas únicas.
La ciencia es como explorar. Hace quinientos años, la gente estaba cartografiando el mundo. Ahora nos hemos vuelto hacia adentro y estamos tratando de trazar un mapa de lo que sucede dentro de nuestros cuerpos. Cada experimento es un descubrimiento. Es muy divertido mirar por el microscopio y saber que eres la primera persona en la historia de la humanidad en presenciar un fenómeno biológico en particular. Es tan emocionante.
Me gusta pensar que los descubrimientos profundos pueden provenir de observaciones inesperadas. Hay mucha serendipia en la ciencia, pero también hay que estar abierto a ella. En ciencia se nos enseña a seguir el método científico, que es muy importante, pero mucha gente se olvida del primer paso, que es hacer una observación.
Estoy emocionado de ver cómo los organoides pueden ayudar a responder otras preguntas de investigación. Por ejemplo, vemos cada vez más interés en utilizar la herramienta para estudiar la barrera hematoencefálica, la epilepsia y la neurodegeneración.
Recientemente me convertí en miembro de Clare Hall. Tengo muchas ganas de interactuar con otros investigadores de la comunidad de Cambridge. Creo que a menudo es fácil concentrarse en nuestro campo específico, pero hay mucho que podemos aprender de todas las disciplinas. A menudo, hacemos preguntas muy similares pero las abordamos desde ángulos diferentes. Creo que, en última instancia, necesitaremos respuestas de todos los temas para desentrañar lo que nos hace humanos.
Fuente:
Madeline Lancaster es líder de grupo en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica (MRC) en Cambridge y miembro oficial de Clare Hall.
Este perfil es parte de This Cambridge Life : historias de las personas que hacen que la Universidad de Cambridge sea única.
Palabras: Charis Goodyear . Fotografía: Lloyd Mann.