El cerebro es quizás el órgano más complejo del organismo y todavía se desconocen muchos de sus mecanismos y estructuras. El misterio radica, en gran medida, en el conocimiento limitado que existe sobre su propia formación. De hecho, no se ha resuelto aún el misterio de cómo ni cuándo se diversifican las diferentes regiones que lo componen.
Durante décadas, la comunidad científica ha considerado que el cerebro se desarrolla a partir de una única población de células progenitoras tempranas, de la que surgirían todas sus regiones. Este modelo suponía que las diferentes partes del cerebro compartían un mismo origen durante el desarrollo embrionario.
Sin embargo, una nueva investigación liderada por científicos de la Facultad de Medicina de Stanford cuestionó esta idea ampliamente adoptada. ¿En realidad todo el cerebro surge originalmente de un único grupo de células precursoras, o existen desde etapas muy tempranas diferentes poblaciones destinadas a formar regiones cerebrales específicas?
Para encontrar una respuesta, los científicos diseñaron un estudio en distintas fases para analizar y comparar los mecanismos que dan origen a las regiones anterior y posterior del cerebro en diferentes momentos del desarrollo embrionario.
Tal como describe el artículo publicado en la revista Nature Neuroscience, la investigación comenzó con el análisis de embriones de ratón en desarrollo. Los especialistas se enfocaron en el desarrollo cerebral durante una etapa muy temprana conocida como gastrulación, en la que las células que forman el embrión se distribuyen y organizan en capas para dar origen a los diferentes tejidos y órganos.
En este ejercicio, los investigadores identificaron dos poblaciones de células progenitoras que permanecen separadas durante las primeras etapas del desarrollo cerebral. Una de ellas expresa el gen OTX2 y está destinada a producir el prosencéfalo y el mesencéfalo. La segunda expresa GBX2 y da origen al rombencéfalo. El estudio precisa que ambos grupos son mutuamente excluyentes. Es decir, no se mezclan ni se superponen durante las primeras etapas del desarrollo embrionario.
Los científicos ampliaron el análisis para averiguar si estas mismas rutas se reproducen en humanos. Para ello, modificaron células madre pluripotentes humanas en laboratorio para que adoptaran dos estados distintos que imitan poblaciones celulares muy tempranas del desarrollo del sistema nervioso: unas adquirieron características del ectodermo neural anterior (aNE), relacionado con las regiones que posteriormente darán origen al prosencéfalo y al mesencéfalo, mientras que otras adquirieron características del ectodermo neural posterior (pNE), relacionado con el desarrollo del rombencéfalo.
No solo en ratones, humanos y otros vertebrados comparten el mecanismo
Para distinguir ambos grupos, las células pNE se marcaron con fluorescencia, mientras que las aNE se dejaron sin marcar. Posteriormente, las dos poblaciones celulares se mezclaron en un mismo cultivo y se expusieron a diferentes señales moleculares que simularon las instrucciones que reciben las células durante el desarrollo embrionario.
Algunas de estas señales favorecían la formación de características del prosencéfalo, otras del mesencéfalo y otras del rombencéfalo, tres regiones embrionarias que dan lugar a distintas estructuras del cerebro humano.
Las células cultivadas y activadas artificialmente se analizaron mediante inmunotinción, una técnica que permite identificar proteínas específicas y, por lo tanto, determinar qué tipo de célula se había formado.
Los resultados mostraron que, en ambas poblaciones celulares, el estado inicial y las señales que recibían influían en el tipo de tejido cerebral que podían generar. Con estos conocimientos, los investigadores lograron inducir células humanas para que se desarrollaran hasta convertirse en neuronas motoras del rombencéfalo. Además, comprobaron que presentaban tanto las proteínas características de este tipo neuronal como actividad eléctrica, lo que indica que habían adquirido propiedades funcionales propias de estas neuronas.
