Los investigadores integraron cuatro organoides que representan los cuatro componentes de la vía sensorial humana, a lo largo de la cual se transmiten señales de dolor al cerebro. La estimulación del organoide sensorial (superior) por sustancias, como la capsaicina, desencadena la actividad neuronal que luego se transmite a lo largo del resto de los organoides.
Pasca Lab/Stanford Medication
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Pasca Lab/Stanford Medication
Los científicos han recreado una vía de dolor en el cerebro al cultivar cuatro grupos clave de células nerviosas humanas en un plato.
Este modelo de laboratorio podría usarse para ayudar a explicar ciertos síndromes de dolor y ofrecer una nueva forma de probar potenciales medicamentos analgésicos, un equipo de Stanford informes en el diario Naturaleza.
“Es emocionante”, cube Dr. Stephen WaxmanProfesor de la Facultad de Medicina de Yale que no participó en la investigación.
Actualmente, los prospectivos medicamentos para el dolor generalmente se prueban en animales, cuyas respuestas a menudo son diferentes a las de un humano, y en las células nerviosas individuales, lo que puede no reflejar el comportamiento de las redes cerebrales enteras.
Con este nuevo sistema, conocido como un conjunto cerebral, “tenemos un sistema nervioso en miniatura que podría ser una plataforma muy útil”, cube Waxman.
Un camino con varias paradas
El modelo es el resultado de un esfuerzo por recrear la cadena de señalización que ocurre después de la exposición a estímulos dolorosos, cube Dr. Sergiu Pașcaprofesor en la Universidad de Stanford que dirigió el proyecto.
Toque una estufa caliente, por ejemplo, y células especiales en la piel “Envíe esa información hasta la médula espinal”, cube Pașca. “Entonces la médula espinal lo transmitirá al tálamo en lo profundo del cerebro, y luego hasta la capa externa del cerebro, que es la corteza”.
Para aproximar este camino en el laboratorio, el equipo de Pașca creó cuatro diferentes organoides cerebralesgrupos esféricos de células nerviosas humanas que crecen en un plato. El equipo convenció a cada organoide para parecerse a un tipo específico de cerebro o tejido espinal que se encuentra a lo largo de la vía del dolor.
“Y luego los reunimos, realmente los pusimos cerca y los observamos mientras se conectaban entre sí”, cube Pașca.
Después de más de seis meses en desarrollo en el laboratorio, el resultante ensamblaide había creado una vía que une los cuatro organoides. Las células nerviosas también comenzaron a “trabajar de manera coordinada en las cuatro partes de este conjunto”, cube Pașca.
Pimientos chiles y síndromes de dolor
Para probar el modelo, el equipo lo expuso a la capsaicina, el químico que hace que los chile pimientos sean dolorosamente calientes.
“Entonces comienzas a ver esa información viajando”, cube Pașca. “Las neuronas que sienten estas señales se activan y transmiten esa información a la siguiente estación y la siguiente estación, hasta la corteza”.
A continuación, los científicos intentaron crear ensamblaides usando células con variantes genéticas vinculadas a la percepción anormal del dolor.
Una de estas variantes causa una condición rara llamada eritromelalgia, o síndrome de hombre sobre fuego.
“Estos individuos se sienten abrasadores, ardientes y hirviendo dolor en respuesta al calor leve”, cube Waxman.
Los científicos encontraron que los ensamblaides con la variante del gen produjeron una comunicación mucho más espontánea entre los organoides, lo que sugiere una mayor sensibilidad al dolor.
Resultados como ese sugieren que los organoides ya son una forma útil de estudiar tanto enfermedades del sistema nervioso como las vías que afectan, cube Dr. Guo-Li Mingprofesor de la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania que tampoco tuvo ningún papel en el nuevo estudio.
A pesar de toda su complejidad, La vía del dolor en un plato es una versión altamente simplificada de lo que sucede en una persona, agrega Ming. Por ejemplo, los humanos tienen dos vías principales que llevan señales de dolor al cerebro, mientras que el sistema modelo incluye solo una.
Como resultado, el modelo puede detectar un estímulo doloroso, pero no produce una respuesta emocional, cube Pasca.
“Así que no creemos que este camino que hemos construido es de ninguna manera sentir dolor”, cube.
Y es possible que estos grupos de células humanas se vuelvan aún más valiosas a medida que los científicos encuentren formas de recrear partes más grandes y más complejas del sistema nervioso.
Por ejemplo, el propio laboratorio de Ming ha desarrollado un modelo de un tubo neural humano, la estructura en un embrión que finalmente se convierte en el cerebro y la médula espinal de un bebé. Su objetivo es comprender cómo se desarrollan los trastornos neurológicos temprano en la vida.
