Utilizando sólo unas pocas gotas de sangre, los científicos de la Universidad de Indiana están utilizando habilidades médicas y de ingeniería avanzadas para crear modelos simplificados del cerebro para estudiar la enfermedad de Alzheimer.
Junto con otras demencias, esta devastadora enfermedad afecta actualmente a 7,2 millones de estadounidenses, incluido 1 de cada 10 habitantes de Hoosier mayores de 65 años.
El trabajo, distribuido en laboratorios de IU Bloomington, Indianápolis y Terre Haute, es posible gracias a organoides cerebrales, que son unidades celulares básicas que imitan partes del cerebro humano. Descubiertas hace casi 10 años, estas valiosas herramientas están brindando a los científicos información nunca antes vista sobre el funcionamiento del cerebro humano.
Cuando se cultivan a partir de una muestra de sangre de un paciente con Alzheimer, los organoides cerebrales también pueden proporcionar una forma poderosa de estudiar los genes que causan la enfermedad. Los organoides cerebrales de IU se cultivan a partir de muestras recolectadas a través de investigaciones de vanguardia que se llevan a cabo en la Facultad de Medicina de IU, la facultad de medicina más grande del país.
Problemas crecientes
El líder de este esfuerzo en IU es Jason Meyer, profesor de la Facultad de Medicina de IU y director del centro MPS-AD de 16,5 millones de dólares establecido para estudiar la enfermedad de Alzheimer utilizando organoides cerebrales, uno de los dos únicos centros de este tipo en Estados Unidos.
Vídeo: https://youtu.be/EW3i-aLZpEI?si=rDJlMr_rdksMVqXi
«El nuevo tratamiento tendrá un impacto importante en la vida diaria de las personas que viven con la enfermedad de Alzheimer o que cuidan a alguien con la enfermedad de Alzheimer», dijo Meyer, cuya abuela padecía la enfermedad. «Esta es una condición que afecta no sólo a la persona que la padece durante muchos años sino también a sus familias y cuidadores».
A diferencia de otras enfermedades cuyas tasas están disminuyendo, como las enfermedades cardíacas y los accidentes cerebrovasculares, la enfermedad de Alzheimer está aumentando y ahora es la sexta causa principal de muerte en adultos mayores de 65 años en los Estados Unidos.
Aprovechando las fortalezas de IU
La investigación aprovecha la profunda experiencia de la universidad en la enfermedad de Alzheimer que ha atraído a líderes mundiales de la salud a su campus de Indianápolis y a importantes inversiones de socios comerciales de clase mundial, como el fabricante farmacéutico internacional Eli Lilly and Company.
Estos esfuerzos incluyen otros centros centrados en comprender las vías biológicas de la enfermedad de Alzheimer; desarrollar sistemas modelo para el Alzheimer de aparición temprana; e identificar nuevos objetivos para los medicamentos contra el Alzheimer; este último ya ha encontrado muchos compuestos prometedores. Todos estos programas cuentan con el apoyo de decenas de millones de dólares en financiación de investigación y otras inversiones.
La Universidad de Indiana también cuenta con las mejores instalaciones del país para almacenar muestras biológicas de pacientes con enfermedad de Alzheimer. Esta instalación, donde las muestras se almacenan a temperaturas extremadamente bajas y se puede acceder a ellas mediante recuperación robótica, es la fuente de muestras de sangre que se utilizan para cultivar organoides cerebrales en la UI. También servirá como centro de intercambio de información para otros investigadores que quieran estudiar la enfermedad de Alzheimer con organoides cerebrales cultivados en la universidad.
La ciencia del cerebro se encuentra con la informática
Además de los socios de la Facultad de Medicina de IU, un equipo dirigido por Feng Guo de la Facultad de Informática, Computación e Ingeniería IU Luddy de IU Bloomington está aplicando sus conocimientos de ingeniería biológica a la difícil tarea de hacer crecer células cerebrales activadas. La colaboración destaca cómo IU aborda la ingeniería como un proyecto para mejorar la vida de las personas.
Acoplar células para que se conviertan en organoides cerebrales es una tarea difícil; Pequeños cambios en el proceso pueden marcar una gran diferencia en los resultados. Los errores en el proceso pueden incluso conducir al desarrollo de tipos de células incorrectos, como los organoides de la retina. Afortunadamente, el laboratorio de Guo ha desarrollado nuevas formas de garantizar el crecimiento de organoides con microestructuras y sistemas de microfluidos autónomos impulsados por IA que guían su desarrollo.
También está aplicando su experiencia en otra área de investigación, el campo emergente de la biocomputación, para combatir la enfermedad de Alzheimer.
Este trabajo implica conectar muchos organoides del cerebro y luego explica cómo este sistema procesa la información. Al examinar la producción de organoides elaborados a partir de muestras de sangre sanas frente a las de personas con la enfermedad de Alzheimer, el equipo de Guo pudo ver diferencias que podrían arrojar luz sobre por qué las personas con la enfermedad tienen dificultades para recordar y reconocer patrones.
«Los organoides cerebrales pueden proporcionar información real sobre las diferencias en cómo el cerebro procesa la información, algo que, según las investigaciones, está alterado en personas con enfermedad de Alzheimer», dijo Guo. «Nuestros resultados preliminares sugieren que los organoides sanos se dividen mejor que los organoides de la enfermedad de Alzheimer».
El sistema también proporciona una nueva forma de probar nuevos tratamientos farmacológicos para la enfermedad de Alzheimer. Si un compuesto químico hace que el organoide del Alzheimer actúe como un organoide sano, es importante realizar una investigación seria.
Aumento de las oportunidades de investigación
Además de colaborar con MPS-AD, Guo y Meyer se encuentran entre los investigadores cuyo trabajo cuenta con el apoyo de IU LAB, la incubadora de IU para la investigación en biociencias en asociación con la industria.
Otros investigadores de la universidad también están utilizando la tecnología de crecimiento cerebral de Guo para encontrar respuestas a otras enfermedades neurológicas. Un científico del Instituto Gill de Neurociencia de IU en Bloomington, también apoyado por IU LAB, está utilizando organoides para avanzar en el tratamiento de la adicción a las drogas.
Otros científicos involucrados en MPS-AD usarán organoides para probar nuevos compuestos farmacológicos, identificar cambios químicos en los organoides cerebrales que sugieren la presencia de la enfermedad de Alzheimer y examinar cómo la enfermedad de Alzheimer afecta otras partes del cerebro, como su efecto sobre los mecanismos de defensa del cerebro.
El trabajo abrirá nuevas fronteras en la investigación del Alzheimer y otras investigaciones neurodegenerativas en Estados Unidos y en todo el mundo.
«Estamos diseñados organoides que otros laboratorios pueden solicitar y utilizar, listos para experimentar», dijo Meyer. «Al producir organoides completamente funcionales para la comunidad de investigación, el trabajo de IU acelerará el proceso científico y nos acercará a todos a nuevas soluciones para esta enfermedad».
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