En un artículo firmado por Fabio Bergamin, y publicado en el sitio web de la ETH Zurich podemos aprender que las células nerviosas no son solo células nerviosas. Dependiendo de la precisión con la que distinguimos, hay entre varios cientos y varios miles de tipos diferentes de células nerviosas en el cerebro humano, según los últimos cálculos. Estos tipos de células varían en su función, en el número y longitud de sus apéndices celulares y en sus interconexiones. Emiten diferentes neurotransmisores a nuestras sinapsis y, dependiendo de la región del cerebro, por ejemplo, la corteza cerebral o el mesencéfalo, diferentes tipos de células están activas.
Así, en el pasado, cuando los científicos produjeron células nerviosas a partir de células madre en placas de Petri para sus experimentos, no fue posible tener en cuenta su gran diversidad. Hasta ahora, los investigadores sólo habían desarrollado procedimientos para cultivar unas pocas docenas de tipos diferentes de células nerviosas in vitro. Lo lograron mediante ingeniería genética o mediante la adición de moléculas de señalización para activar vías de señalización celular particulares. Sin embargo, nunca se acercaron a lograr la diversidad de cientos o miles de diferentes tipos de células nerviosas que realmente existen.
“Las neuronas derivadas de células madre se utilizan con frecuencia para estudiar enfermedades. Pero hasta ahora, los investigadores a menudo han ignorado con qué tipos precisos de neuronas están trabajando”, explicó Barbara Treutlein, profesora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zurich en Basilea, Suiza. Sin embargo, este no es el mejor enfoque para este tipo de trabajo. “Si queremos desarrollar modelos de cultivo celular para enfermedades y trastornos como el Alzheimer, el Parkinson y la depresión, debemos tener en cuenta el tipo específico de célula nerviosa involucrada”, añadió la investigadora.
La clave del éxito fue el cribado sistemático #
Treutlein y su equipo han producido con éxito más de 400 tipos diferentes de células nerviosas. Al hacerlo, los científicos han allanado el camino para una investigación neurológica básica más precisa con experimentos de cultivo celular.
Así, los investigadores utilizaron varios análisis para demostrar que habían producido más de 400 tipos diferentes de células nerviosas en su experimento. Examinaron el ARN (y, por lo tanto, la actividad genética) a nivel de células individuales, así como la apariencia externa de las células y su función: por ejemplo, qué tipo de apéndice celular tenían, en qué cantidades y qué impulsos nerviosos eléctricos emitían.
Neuronas in vitro para la investigación de principios activos #
Treutlein aclaró que aún están muy lejos de producir todos los tipos de células nerviosas que existen in vitro. No obstante, los investigadores ahora tienen acceso a un número mucho mayor de tipos de células diferentes que antes.
Indicaron que les gustaría utilizar células nerviosas in vitro para desarrollar modelos de cultivo celular para estudiar enfermedades neurológicas graves, como la esquizofrenia, el Alzheimer, el Parkinson, la epilepsia, los trastornos del sueño y la esclerosis múltiple. Los modelos de cultivos celulares de este tipo también son de gran interés en la investigación farmacéutica para probar los efectos de nuevos compuestos activos en cultivos celulares sin pruebas en animales, con el objetivo final de algún día poder curar estas afecciones.
Pero hay un desafío que superar antes de que esto pueda suceder: los investigadores a menudo produjeron una mezcla de múltiples tipos diferentes de células nerviosas en sus experimentos. Ahora están trabajando para optimizar su método para que cada condición experimental solo produzca un tipo de célula específico. Ya tienen algunas ideas iniciales sobre cómo podría lograrse.
- El artículo Human neuron subtype programming via single-cell transcriptome-coupled patterning screens (Programación de subtipos de neuronas humanas a través de pantallas de patrones acopladas a transcriptoma de una sola célula) fue publicado en la revista Science. Autores: Hsiu-Chuan Lin, Jasper Janssens, Benedikt Eisinger, Philipp Hornauer, Ann-Sophie Kroell, Malgorzata Santel, María Pascual-García, Ryoko Okamoto, Kyriaki Karava, Zhisong He, Marthe Priouret, Manuel Schröter, J. Gray Camp & Barbara Treutlein.
Reconocimientos #
Los investigadores agradecieron “a todos los miembros de los laboratorios de Treutlein y Camp por las discusiones y comentarios. Agradecemos a F. Sanchís-Calleja por su perspicaz discusión sobre los morfógenos, los patrones y la regionalización del cerebro, y por compartir reactivos; a J. S. Fleck por una discusión perspicaz sobre la inferencia de GRN, los regulones y la agrupación en clústeres de alta resolución; A. Bamford por compartir la línea WTC-iNGN2; T. Gomes por la discusión y el apoyo a la bioinformática general; y C. Beisel por el asesoramiento sobre la secuenciación de Illumina. La secuenciación de Illumina se llevó a cabo en el Centro de Genómica de Basilea en D-BSSE, ETH Zúrich. Agradecemos a la Instalación de Célula Única en D-BSSE, ETH por la capacitación y el apoyo técnico en microscopía y citometría de flujo; O. Brüstle, M. Peitz y Universitätsklinikum Bonn por compartir las iPSC inducibles por ASCL1-DLX2.
Financiación: #
El estudio fue financiado por: Una beca del Programa de Ciencias de la Frontera Humana LT000399/2020-L y beca a largo plazo EMBO ALTF 1190-2019 (a H.-C.L.); Beca a largo plazo EMBO ALTF 32-2023 (a J.J.); Subvención Innosuisse 101.366 IP-LS (a M.P., M.P.G. y M.Sc.); Consejo Europeo de Investigación Braintime-874606 y Subvención del proyecto 310030_192604 de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (a B.T.); Subvención del proyecto 310030_84795 de la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia (a B.T. y J.G.C.); Centro Nacional de Competencia en Investigación en Ingeniería de Sistemas Moleculares (a B.T.); Instituto de Biología Humana (a H.-C.L., B.T. y J.G.C.)
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