Un grupo de investigadores de las universidades de Campinas (Unicamp), en Brasil, y de California en San Diego (UCSD), en Estados Unidos, desarrolló una nueva técnica de cultivo de organoides en laboratorio que mimetizan la corteza cerebral. Estos minicerebros, tal como se los denomina, permiten simular y observar el surgimiento de epilepsias de difícil tratamiento, habitualmente causadas por un tipo de lesión específica: la displasia cortical focal. Entre sus efectos, esta alteración genera neuronas dismórficas, de un tamaño mayor y con más conexiones que lo normal, que emiten impulsos eléctricos en forma desordenada y llevan a la instalación de esta enfermedad crónica, que se caracteriza por provocar crisis convulsivas frecuentes. Alrededor de un 30 % de las personas con epilepsia padecen diversas formas de la enfermedad que son refractarias a los tratamientos farmacológicos o quirúrgicos.
Para estudiar la epilepsia causada por la displasia cortical focal, el equipo de científicos ha desarrollado minicerebros maduros en los cuales se pudo realizar un seguimiento del desarrollo de la corteza cerebral y la formación de diferentes células neuronales, como las de la glía, que ofician de sostén y protección de las neuronas, y la aparición de las neuronas dismórficas. Los organoides fueron “envejecidos” durante un período de 90 a 150 días antes de su empleo en los experimentos, uno de los grandes aspectos distintivos de este método. En las simulaciones, los investigadores pudieron observar la formación de la actividad eléctrica en un proceso que emula el modelo que se observa en el cerebro de un feto durante su primer trimestre de desarrollo. Los resultados del estudio fueron publicados en diciembre en la revista científica Brain.
La displasia cortical focal es una malformación cerebral que se produce durante la gestación. Los síntomas de la epilepsia se manifiestan en cada uno de los individuos afectados en momentos diferentes de la vida, no necesariamente en la infancia. Los recién nacidos todavía no tienen un nivel suficiente de desarrollo cerebral como para sufrir crisis de epilepsia. “Pero es muy probable que en las personas con displasia la enfermedad se manifieste en algún momento de su vida”, dice la médica genetista Iscia Lopes-Cendes, de la Facultad de Ciencias Médicas (FCM) de la Unicamp, coordinadora del equipo que produjo los minicerebros junto al neurocientífico brasileño Alysson Muotri, de la UCSD. Los trabajos de Lopes-Cendes forman parte de las actividades del Instituto de Investigación en Neurociencia y Neurotecnología (Brainn), uno de los Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid) financiados por la FAPESP.
“Una persona con epilepsia grave causada por displasia cortical focal sufre entre 40 y 50 crisis epilépticas diarias. Eso hace imposible que los niños asistan a la escuela y que los adultos puedan tener una vida normal”, comenta la neurocientífica Simoni Avanzini, autora principal del artículo, quien realizó estudios posdoctorales en la Unicamp y en la UCSD sobre el cultivo de organoides cerebrales y actualmente trabaja en el Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM).
Una corteza cerebral sana está organizada en seis capas. Las células de cada segmento trabajan de manera ordenada y conectada. En el cerebro con displasia, las capas de la corteza cerebral no se encuentran bien diferenciadas. Existen algunas células con anomalías, neuronas dismórficas y células en forma de globo. Es probable que las neuronas dismórficas sean las responsables primarias de las crisis de epilepsia, al producir descargas eléctricas anómalas que son las que las provocan.
A pesar de su nombre, los minicerebros no se parecen a encéfalos pequeños. Son un conjunto de diferentes células cerebrales que forman estructuras del tamaño de la cabeza de un alfiler y, teóricamente, son capaces de “comportarse”, en líneas generales, como los tejidos de ese órgano. Varias enfermedades y condiciones clínicas, como la esquizofrenia, han sido simuladas mediante la creación de distintos organoides de este tipo. Los minicerebros para el estudio de la acción del virus del Zika en el sistema nervioso, por ejemplo, no necesitan ser tan “envejecidos”. Al cabo de una semana de cultivo en laboratorio ya se los puede utilizar.
Para crear los minicerebros, el equipo reprogramó células madre adultas extraídas de la piel de cuatro pacientes con epilepsia causada por displasia cortical focal, que habían sido internados para someterse a una cirugía en el Hospital de Clínicas de la Unicamp. Inicialmente, fueron transformadas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC), que tienen la capacidad de desarrollarse y transformarse en diversos tipos de células. “A continuación, diferenciamos las iPSC en células neurales, que se cultivaron en un régimen de agitación para obtener los minicerebros”, explica Lopes-Cendes. Para poder disponer de un grupo de control, se repitió el mismo proceso con células de personas sanas del mismo sexo y con edad similar a la de los pacientes con displasia. El objetivo final de la comparación era la obtención de un modelo humano para entender la fisiopatología de la displasia cortical focal.
Para el neurocientífico José Eduardo Peixoto-Santos, de la Escuela Paulista de Medicina de la Universidad Federal de São Paulo (EPM-Unifesp), este trabajo es innovador y abre muchas posibilidades en las investigaciones al respecto de la displasia cortical y la epilepsia. El hecho de que los investigadores de la Unicamp y de la UCSD no hayan utilizado microelectrodos para estimular la corriente eléctrica en los minicerebros constituye una muestra del alto grado de sofisticación del estudio. “El grupo aplicó una fuente de luz para obtener los estímulos eléctricos en los minicerebros. Así, la corriente eléctrica generada se asemeja mucho más a lo que realmente ocurre en el cerebro humano”, comenta Peixoto-Santos, quien no participó en el estudio. “Son pocos los que trabajan con esa técnica, bastante difícil de dominar”.
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), en la actualidad existen unos 50 millones de personas en el mundo que padecen epilepsia. Más de un 80 % de estos pacientes viven en países de ingresos medios o bajos, y muchos sin el tratamiento necesario. Una mejor comprensión de cómo se desarrollan las neuronas dismórficas en un cerebro con displasia cortical focal –y el camino que recorren los estímulos eléctricos durante un episodio de crisis epiléptica– puede redundar en un avance del conocimiento de las causas de la enfermedad, y podría quizá conducir al desarrollo de tratamientos más específicos para todos los tipos de epilepsia.
Proyecto
Instituto Brasileño de Neurociencia y Neurotecnología – Brainn (nº13/07559-3); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid); Investigador responsable Fernando Cendes (Unicamp); Inversión R$ 28.676.399,62
Artículo científico
AVANSINI. S. H. et al. Junctional instability in neuroepithelium and network hyperexcitability in a focal cortical dysplasia human model. Brain. 27 dic. 2021.
