Cultivos organotípicos de corteza humana adulta como modelo ex vivo para el trasplante y validación de células madre humanas

Los trastornos neurodegenerativos, como la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer o el accidente cerebrovascular isquémico, son un grupo de enfermedades que comparten la característica común del mal funcionamiento neuronal o la muerte. Son heterogéneos en cuanto al área cerebral y población neuronal afectada. Desafortunadamente, los tratamientos para estas enfermedades son escasos o de eficacia limitada debido a la falta de modelos animales que imiten lo que ocurre en el cerebro humano ^1,2. La terapia con células madre es una de las estrategias más prometedoras para la regeneración cerebral³. La generación de progenitores neuronales a partir de células madre de diferentes fuentes se ha desarrollado mucho en los últimos años ^4,5. Publicaciones recientes han demostrado que las células madre neuroepiteliales autorenovadoras a largo plazo (lt-NES) derivadas de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPS), siguiendo un protocolo de diferenciación cortical y después del trasplante intracortical en un modelo de rata con accidente cerebrovascular isquémico que afecta a la corteza somatosensorial, generan neuronas corticales maduras. Además, las neuronas derivadas del injerto recibieron conexiones sinápticas aferentes y eferentes de las neuronas huésped, mostrando su integración en la red neuronal de ratas ^6,7. Los axones derivados del injerto se mielinizaron y se encontraron en diferentes áreas del cerebro de la rata, incluida el área periinfarto, el cuerpo calloso y la corteza somatosensorial contralateral. Lo más importante es que el trasplante derivado de células iPS revirtió los déficits motores en animales con accidente cerebrovascular⁷.

Incluso si los modelos animales ayudan a estudiar la supervivencia del trasplante, la integración neuronal y el efecto de las células injertadas sobre las funciones motoras y cognitivas, la información sobre la interacción entre células humanas (injerto-huésped) falta en este sistema ^8,9. Por esta razón, aquí se describe un método combinado de cultivo organotípico del cerebro humano a largo plazo con el trasplante ex vivo de progenitores neuronales derivados de células iPS humanas. Los cultivos organotípicos del cerebro humano obtenidos de resecciones neuroquirúrgicas son modelos 3D fisiológicamente relevantes del cerebro que permiten a los investigadores aumentar su comprensión de los circuitos del sistema nervioso central humano y la forma más precisa de probar tratamientos para trastornos cerebrales humanos. Sin embargo, no se ha realizado suficiente investigación en este contexto, y en la mayoría de los casos, se han utilizado cultivos organotípicos del cerebro del hipocampo humano^10,11. La corteza cerebral se ve afectada por varios trastornos neurodegenerativos, como el ictus isquémico¹² o la enfermedad de Alzheimer¹³, por lo que es importante contar con un sistema 3D cortical humano que nos permita ampliar nuestros conocimientos y probar y validar diferentes estrategias terapéuticas. Varios estudios realizados en los últimos años han utilizado cultivos de tejido cortical humano adulto (hACtx) para modelar enfermedades cerebrales humanas 14,15,16,17,18,19; sin embargo, hay información limitada disponible en el contexto de la terapia con células madre. Dos estudios ya han demostrado la viabilidad del sistema descrito aquí. En 2018, se demostró que las células madre embrionarias humanas programadas con diferentes factores de transcripción y trasplantadas en tejido hACtx dan lugar a neuronas corticales maduras que podrían integrarse en redes corticales humanas adultas²⁰. En 2020, el trasplante de células lt-NES en el sistema organotípico humano reveló su capacidad para diferenciarse en neuronas corticales maduras y específicas de capa con las propiedades electrofisiológicas de las neuronas funcionales. Las neuronas injertadas establecieron contactos sinápticos aferentes y eferentes con las neuronas corticales humanas en los cortes cerebrales adultos, como lo corroboran el trazado monosináptico retrógrado del virus de la rabia, los registros de pinzas de parche de células enteras y la microscopía inmunoelectrónica²¹.