El hardware CubeLab para la investigación Space Tango-Human Brain Organoids, que observa la respuesta de los organoides cerebrales a la microgravedad. Crédito:NASA
Los investigadores que estudian enfermedades neurológicas se enfrentan a varios desafíos abrumadores. Por una cosa, estas condiciones pueden tardar años o incluso décadas en desarrollarse. Además de eso, experimentar en el cerebro de seres humanos sanos simplemente no es ético, y no se dispone fácilmente de modelos neurológicos humanos adecuados.
Una investigación que envió organoides cerebrales a la Estación Espacial Internacional puede ayudar a enfrentar ambos desafíos.
El efecto de la microgravedad en los organoides del cerebro humano (Space Tango-Human Brain Organoids) estudia cómo la microgravedad afecta las funciones básicas de las células cerebrales, incluida la supervivencia, migración y metabolismo, y la formación de redes neuronales. El cerebro humano consta de muchas de estas redes de neuronas o células nerviosas conectadas entre sí para transmitir y procesar la información recibida de nuestros sentidos.
Los organoides cerebrales son pequeñas masas vivientes de células cerebrales que forman redes neuronales funcionales y se autoorganizan en estructuras tridimensionales que se asemejan a partes del cerebro humano. Recientemente, los científicos han comenzado a usar estos organoides para una variedad de estudios sobre la función cerebral aquí en la Tierra. El blanco, Las estructuras del tamaño de un guisante imitan las primeras etapas del desarrollo del cerebro humano y proporcionan un modelo para estudiar los procesos biológicos implicados en las enfermedades neurológicas y el envejecimiento.
La investigación basada en el espacio aprovecha el hecho de que en microgravedad, el cuerpo humano experimenta cambios que se asemejan al envejecimiento acelerado. Los estudios muestran que las paredes de las arterias se vuelven más rígidas y gruesas en el espacio, por ejemplo, lo mismo que cuando las personas envejecen en la Tierra.
Una sección transversal de un organoide cerebral que usa inmunofluorescencia para mostrar los ventrículos (adentro) y una placa cortical (afuera). Crédito:Muotri Lab / UC San Diego
"Alzheimer de aparición tardía, por ejemplo, tarda 60 o 70 años en desarrollarse en un individuo, "dijo el investigador principal Alysson Muotri, jefe de un laboratorio de investigación de la Universidad de California en San Diego en La Jolla. "Con organoides en el laboratorio, podría llevar una cantidad de tiempo similar. Eso es mucho tiempo para mantener vivas estas células. Si pudiéramos acelerar el desarrollo de la enfermedad, Podríamos crear un modelo que nos permitiera ver cómo se desarrollan los problemas y, quizás, cómo mitigarlos ".
Los organoides modelan solo una fracción del cerebro, Muotri explicó, sin embargo, puede imitar parte de la organización de los tejidos cerebrales. "Proporcionan una herramienta para acceder a la etapa de desarrollo del cerebro, que es una etapa muy importante para configurar el primer cableado de redes neuronales, ", dijo." Un problema en esa etapa puede afectarlo por el resto de su vida ".
Cuando se lanzaron al espacio en julio, los organoides tenían un mes, un punto en el que sus células proliferaban y se diferenciaban rápidamente, o convertirse en diferentes tipos de células. Permanecieron en el laboratorio en órbita durante 27 días antes de regresar a la Tierra para su análisis.
Investigaciones anteriores proporcionan evidencia de cómo algunas células y tejidos del cuerpo 'envejecen' más rápidamente en el espacio. Estos son los primeros organoides del cerebro humano en viajar al espacio, por lo que aún no está claro cómo la microgravedad puede afectar su desarrollo.
A primera vista, Muotri dice que parece que los organoides que viajan por el espacio mantuvieron su forma y pueden haber crecido. Un análisis más detallado podría confirmarlo e identificar cualquier cambio en su ADN y expresión genética.
Organoides cerebrales cultivados en el Laboratorio Muotri de la Universidad de California en San Diego en La Jolla durante un mes y luego enviados a la Estación Espacial Internacional. Crédito:Muotri Lab / UC San Diego
Cuidar organoides durante estudios que abarcan meses, si no años, puede llevar mucho tiempo. La investigación desarrolló hardware especial para cultivar los organoides de forma autónoma, lo que podría simplificar enormemente su uso para la investigación en el espacio y en la Tierra.
Además de mejorar la comprensión del desarrollo de enfermedades que afectan al cerebro, esta investigación es fundamental para proteger la salud humana durante la exploración espacial.
"Queremos ver si los organoides sobreviven y si las células se replican y forman conexiones, "Esto tiene implicaciones para los viajes espaciales a largo plazo y la colonización de planetas futuros", dijo Muotri.
Muotri dice que los estudios futuros podrían crear nuevos organoides a partir de células individuales en el espacio, y otros podrían mantenerlos en la estación espacial por más tiempo para estudiar las fases posteriores de desarrollo.
Por ahora, la investigación actual avanza en la tecnología de organoides, que ayuda a abordar los desafíos involucrados en aprender más sobre el cerebro humano.
El Laboratorio Nacional de EE. UU. De la ISS patrocinó esta investigación y Space Tango diseñó el hardware para su plataforma CubeLabs.
