Avances en organoides cerebrales: monitoreo de células vivas y envejecimiento acelerado en el espacio
Los investigadores han desarrollado un flujo de trabajo integrado de imágenes de células vivas y citometría para monitorear la diferenciación de organoides cerebrales. Por separado, experimentos en la Estación Espacial Internacional muestran que la microgravedad acelera el envejecimiento de los organoides aproximadamente una década en 30 días, ofreciendo un modelo más rápido para enfermedades neurodegenerativas. Estos avances podrían mejorar el descubrimiento de fármacos y la investigación del neurodesarrollo.
Los organoides cerebrales (modelos tridimensionales del desarrollo del cerebro humano cultivados a partir de células madre) están avanzando en dos frentes: los investigadores han desarrollado un flujo de trabajo integrado que combina imágenes de células vivas y citometría de alto rendimiento para monitorear la diferenciación de organoides, mientras que experimentos a bordo de la Estación Espacial Internacional han revelado que la microgravedad acelera el envejecimiento molecular en estos organoides aproximadamente una década en solo 30 días.
En 2019, los organoides cerebrales regresaron de la ISS después de 30 días en órbita. El neurocientífico Alysson Muotri de UC San Diego descubrió que los relojes moleculares dentro de las neuronas de los organoides habían avanzado unos 10 años, lo que indica una senescencia acelerada. "Ese fue el momento eureka", dijo Muotri. "Esto es senescencia que ocurre en tiempo acelerado". Esto sugiere que los vuelos espaciales podrían acelerar los procesos moleculares relacionados con enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, el Parkinson y la ELA. Debido a que las neuronas acumulan daño lentamente durante toda la vida en la Tierra, los organoides cerebrales en el espacio podrían servir como modelos más rápidos, permitiendo a los investigadores observar señales relevantes para enfermedades más pronto y probar intervenciones más rápidamente.
Los organoides cerebrales se derivan de células madre pluripotentes inducidas (iPSC) de la piel o sangre de un paciente. Se auto-organizan en estructuras tridimensionales que imitan regiones del cerebro humano, portando la genética del donante. Si bien carecen de la complejidad total de un cerebro humano (sin sistema vascular, sin entrada sensorial), proporcionan un modelo relevante para humanos que los estudios con animales a menudo no pueden replicar.
Para abordar el desafío de estandarizar y escalar el desarrollo de organoides, los investigadores han desarrollado un enfoque multiplataforma que integra imágenes de células vivas con análisis de imágenes automatizado y citometría. El flujo de trabajo captura cambios dinámicos en la morfología y expresión de marcadores durante la diferenciación de organoides cerebrales, permitiendo un monitoreo fenotípico longitudinal combinado con análisis celular de alto contenido. Esto tiene como objetivo generar datos fiables, reproducibles y procesables, apoyando la investigación del neurodesarrollo, las pruebas de toxicidad y el descubrimiento de fármacos de próxima generación.
El Laboratorio Nacional de la ISS se ha convertido en un centro para la investigación en neurociencia, con múltiples equipos observando patrones similares de envejecimiento acelerado en diferentes diseños experimentales. La combinación de un monitoreo terrestre preciso y una aceleración basada en el espacio podría ayudar a desbloquear nuevos conocimientos sobre el desarrollo y las enfermedades del cerebro.