Minicerebros ayudan a entender la relación entre el Zika y la microcefalia

Científicos emplean un modelo desarrollado para el estudio de enfermedades neuropsiquiátricas con el objetivo de develar el efecto del virus sobre el cerebro en la búsqueda de tratamientos

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños han venido utilizando los llamados organoides cerebrales o minicerebros –estructuras tridimensionales milimétricas creadas en laboratorio partiendo de células madre pluripotentes inducidas (iPS, por sus siglas en inglés)– para entender la relación entre la infección por el virus del Zika y el desarrollo de microcefalia.

Una parte de los experimentos coordinados por Stevens Rehen y Patrícia Garcez, investigadores de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) y del Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino (Idor), se dio a conocer en la revista Science. Y el trabajo contó con la participación de Juliana Minardi Nascimento, becaria de posdoctorado de la FAPESP.

“El objetivo de mi proyecto de posdoctorado consiste en utilizar organoides cerebrales creados con base en células de pacientes con esquizofrenia para realizar análisis de proteómica, es decir, para evaluar todas las proteínas expresadas en esas células y compararlas con las proteínas expresadas en células de pacientes que no padecen la enfermedad, a los efectos de entender las diferencias. La gran ventaja reside en que este modelo mantiene intacta la información genética del portador de la enfermedad”, explicó Minardi Nascimento.

En su trabajo en el Laboratorio de Neuroproteómica del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (Unicamp), y bajo la supervisión del profesor Daniel Martins de Souza, Minardi Nascimento fue en busca de la colaboración del grupo de Río, uno de los pocos en el mundo que dominan la técnica de creación de minicerebros para el estudio de enfermedades neuropsiquiátricas.

Este método consiste primeramente en reprogramar células adultas –que pueden ser provenientes de la piel o de la descamación natural de la vejiga, extraídas por la orina– para hacerlas asumir el estadio de pluripotencia similar al de las células madre embrionarias (una técnica descrita en 2006 por Shinya Yamanaka, de la Universidad de Kioto, Japón, y premiada con el Nobel de Medicina en 2012). Luego a esas células iPS se las induce –mediante estímulos químicos– a diferenciarse en células madres neurales, un tipo de células progenitoras que pueden dar origen a diversas células del cerebro, tales como neuronas, astrocitos y microglias.

Para formar los minicerebros, ese proceso de diferenciación debe transcurrir tridimensionalmente, en condiciones específicas de cultivo. “En lugar de que las células queden dispuestas en una placa de cultivo, se las pone en rotación en condiciones muy específicas. Al asumir el formato tridimensional, la comunicación celular se altera. En el cultivo bidimensional solamente logran interactuar con células que están inmediatamente al lado. En el modelo tridimensional, la comunicación se concreta con todas las de alrededor. El funcionamiento de las células es entonces más análogo a lo que sucede en el cerebro en desarrollo”, explicó Minardi Nascimento.

Por ende, en condiciones adecuadas, esas células madre neurales se organizan en capas, formando inicialmente neuroesferas y luego los organoides cerebrales. Las primeras mimetizan el cerebro de un embrión en un estadio rudimentario, en tanto que los minicerebros se equiparan al cerebro de un feto de tres meses.

Minardi Nascimento planea cultivar los modelos para el estudio de la esquizofrenia en Río, para luego concluir los análisis de proteómica en la Unicamp. Desde que surgió la epidemia causada por el virus del Zika, este trabajo se viene llevando adelante en simultáneo con los estudios tendientes a entender el efecto de la infección en el cerebro.

“Sabíamos que los organoides cerebrales serían útiles para entender la relación del virus con la microcefalia. Por tratarse de una cuestión importante en términos de salud pública, parte del equipo del laboratorio de Rehen se concentró en ese objetivo. Fue un trabajo que se desarrolló muy rápidamente”, comentó Minardi Nascimento.

Se realizaron tres experimentos distintos para verificar los efectos del virus del Zika en el cerebro. Primero se infectaron las células madre neuronales, que se cultivaron bidimensionalmente. El grupo observó que el virus ocasionaba la muerte de dichas células en alrededor de tres días.

En un segundo experimento, las células madre fueron infectadas y puestas a diferenciarse en el modelo tridimensional. Al cabo de tres días, Rehen y su equipo observaron que el Zika había comprometido la capacidad de generación de neuroesferas.

“Las escasas neuroesferas que se formaron se degradaron en hasta seis días, mientras que las que se originaron a partir de células no infectadas se desarrollaron normalmente”, dijo Minardi Nascimento.

Imágenes de microscopía electrónica mostraron que el virus se había multiplicado rápidamente en el interior de las células, induciendo un proceso de muerte celular programada conocido como apoptosis.

En un tercer experimento, minicerebros con 30 días de formación fueron infectados con el virus. Al cabo de 11 días, se los comparó con organoides no infectados y se observó que habían crecido un 40% menos.

“Aunque los minicerebros no se deshicieron como las neuroesferas, su proceso de crecimiento se vio perjudicado ostensiblemente. Ahora estamos investigando si la diferenciación celular también fue afectada en el modelo”, dijo Minardi Nascimento.

Los próximos pasos

En colaboración con científicos de la Unicamp, el grupo de Río pretende realizar análisis de proteómica en los minicerebros afectados por el virus del Zika para intentar develar qué vías bioquímicas se alteraron debido a la infección, lo cual puede suministrar pistas hacia la elaboración de posibles tratamientos.

“Nuestro objetivo consiste en detectar, entre medicamentos ya existentes y aprobados para su uso en humanos, algún fármaco capaz de disminuir el impacto del virus sobre las células cerebrales. Ya estamos testeando compuestos, desde suplementos alimentarios hasta antivirales. Hay uno que se ha mostrado prometedor en pruebas preliminares”, adelantó Minardi Nascimento.