Las células nerviosas no son simples células nerviosas. Según los cálculos más recientes, dependiendo de la precisión con la que las distingamos, existen entre cientos y miles de tipos diferentes de células nerviosas en el cerebro humano. Estos tipos de células varían en su función, en el número y la longitud de sus apéndices celulares y en sus interconexiones. Emiten diferentes neurotransmisores en nuestras sinapsis y, según la región del cerebro (por ejemplo, la corteza cerebral o el mesencéfalo), se activan diferentes tipos de células.
por la ETH de Zúrich
Cuando los científicos producían células nerviosas a partir de células madre en placas de Petri para sus experimentos, no era posible considerar su enorme diversidad. Hasta ahora, los investigadores solo habían desarrollado procedimientos para cultivar unas pocas docenas de tipos diferentes de células nerviosas in vitro. Lo conseguían mediante ingeniería genética o añadiendo moléculas de señalización para activar vías de señalización celular específicas. Sin embargo, nunca se acercaron a la diversidad de cientos o miles de tipos de células nerviosas que existen actualmente.
«Las neuronas derivadas de células madre se utilizan con frecuencia para estudiar enfermedades. Sin embargo, hasta ahora, los investigadores a menudo han ignorado con qué tipos específicos de neuronas están trabajando», afirma Barbara Treutlein, profesora del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de la ETH de Zúrich en Basilea.
Sin embargo, éste 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», dice Treutlein.
Treutlein y su equipo han logrado producir más de 400 tipos diferentes de células nerviosas. Con ello, los científicos han allanado el camino para una investigación neurológica básica más precisa mediante experimentos de cultivo celular.
El trabajo se publica en la revista Science .
Los investigadores de la ETH lograron esto trabajando con un cultivo de células madre pluripotentes inducidas humanas, generadas a partir de células sanguíneas . En estas células, utilizaron ingeniería genética para activar ciertos genes reguladores neuronales y las trataron con diversos morfógenos, una clase especial de moléculas de señalización. Treutlein y su equipo adoptaron un enfoque sistemático, utilizando siete morfógenos en diferentes combinaciones y concentraciones en sus experimentos de cribado. Esto resultó en casi 200 conjuntos diferentes de condiciones experimentales.
Morfógenos
Los morfógenos son mensajeros conocidos gracias a la investigación sobre el desarrollo embrionario. No se distribuyen uniformemente dentro del embrión, sino que se presentan en concentraciones variables, formando patrones espaciales. De esta manera, definen la posición de las células dentro del embrión; por ejemplo, si una célula se encuentra cerca del eje del cuerpo o en la espalda, el abdomen, la cabeza o el torso. Por consiguiente, los morfógenos ayudan a determinar qué crece en qué lugar del embrión.
Los investigadores utilizaron diversos 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 su apariencia externa y su función: por ejemplo, qué tipo de apéndice celular tenían y en qué cantidades y qué impulsos nerviosos eléctricos emitían.
Los investigadores compararon sus datos con información de bases de datos de neuronas del cerebro humano . De esta manera, pudieron identificar los tipos de neuronas creadas, como las que se encuentran en el sistema nervioso periférico o las neuronas, y la parte del cerebro de la que provienen, si perciben dolor, frío o movimiento, etc.
Neuronas in vitro para la investigación de principios activos
Treutlein aclara que aún les queda mucho por hacer para producir todos los tipos de células nerviosas existentes in vitro. No obstante, los investigadores ahora tienen acceso a una cantidad mucho mayor de tipos celulares diferentes que antes.
Quieren utilizar células nerviosas in vitro para desarrollar modelos de cultivo celular que permitan estudiar enfermedades neurológicas graves, como la esquizofrenia, el Alzheimer, el Parkinson, la epilepsia, los trastornos del sueño y la esclerosis múltiple. Este tipo de modelos de cultivo celular también resulta de gran interés en la investigación farmacéutica, ya que permiten evaluar los efectos de nuevos compuestos activos en cultivos celulares sin necesidad de experimentación con animales , con el objetivo final de, algún día, poder curar estas enfermedades.
En el futuro, las células también podrían utilizarse para una terapia de reemplazo celular, que implica reemplazar células nerviosas enfermas o muertas en el cerebro con nuevas células humanas.
Pero existe un desafío que superar antes de que esto suceda: los investigadores suelen producir una mezcla de múltiples tipos de células nerviosas en sus experimentos. Actualmente, trabajan para optimizar su método de modo que cada condición experimental produzca únicamente un tipo celular específico. Ya tienen algunas ideas iniciales sobre cómo lograrlo.
Más información: Hsiu-Chuan Lin et al., Programación de subtipos de neuronas humanas mediante análisis de patrones acoplados al transcriptoma de una sola célula, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adn6121
