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El cerebro humano, con su intrincada arquitectura y compleja composición celular y molecular, presenta desafíos formidables en la investigación en neurociencia, particularmente en el contexto del modelado de enfermedades yel desarrollo de terapias celulares. Estos desafíos se complican aún más por la disponibilidad limitada de modelos in vitro sofisticados que realmente representen la complejidad del cerebro humano. Sin embargo, los avances recientes en la tecnología de células madre pluripotentes inducidas humanas (iPSC), que permiten la diferenciación controlada en subtipos neuronales específicos, han abierto vías prometedoras para explorar el desarrollo del cerebro humano, la patogénesis de enfermedades y las estrategias terapéuticas basadas en células.
Tradicionalmente, los cultivos neuronales bidimensionales (2D) derivados de iPSCs han sido la piedra angular de los estudios in vitro destinados a imitar la fisiología y patología neuronal humana. Estos cultivos monocapa han sido fundamentales para mejorar nuestra comprensión de las enfermedades neurológicas y en el descubrimiento de agentes neuroprotectores 2,3,4,5,6,7. A pesar de su utilidad, estos sistemas 2D se quedan cortos a la hora de emular la verdadera diversidad celular y la estructura tridimensional (3D) del cerebro humano.
El advenimiento de la tecnología de organoides cerebrales representa un salto significativo en el modelado in vitro, proporcionando una herramienta que imita de cerca la intrincada biología del cerebro humano dentro de un marco fisiológicamente relevante8. Las primeras técnicas en el desarrollo de organoides cerebrales aprovecharon las propiedades reguladoras inherentes de las iPSC para formar espontáneamente derivados del ectodermo, imitando así las primeras etapas del desarrollo del cerebro 5,9,10,11,12. Dadas las complejas redes formadas por las neuronas con otras células neuronales y no neuronales, el modelado 3D se vuelve esencial para estudiar con precisión las enfermedades neurodegenerativas. Los cultivos 3D proporcionan un entorno in vivo más representativo, facilitando la diferenciación neuronal acelerada y la formación de redes 12,13,14, y promueven una expresión más amplia de genes neuronales en comparación con los cultivos 2D15. Las neuronas desarrolladas en contextos 3D alcanzan morfologías y atributos fisiológicos más parecidos a sus homólogos in vivo 16.
Los avances recientes en los modelos cerebrales 3D han sido fundamentales para capturar la complejidad espacial y funcional del cerebro humano de manera más efectiva. Durante la última década, el avance de diversos protocolos para generar organoides cerebrales completos y modelos cerebrales específicos de la región 11,17,18,19,20,21,22, demostró ser invaluable para modelar trastornos neurológicos como la microcefalia11, la enfermedad de Alzheimer14,23 y la enfermedad de Parkinson24. El objetivo de este protocolo es desarrollar y refinar un método para crear MO humanos en 3D derivados de iPSC humanas. Este protocolo está específicamente dirigido a generar organoides que se enriquecen con neuronas dopaminérgicas y se organizan espacialmente de una manera que imita de cerca la estructura natural y la funcionalidad del mesencéfalo humano. El objetivo principal de estos organoides es servir como modelos in vitro avanzados para el estudio de la enfermedad de Parkinson, proporcionando un sistema más preciso y fisiológicamente relevante para explorar los procesos y patologías del neurodesarrollo asociados con esta afección. Al aprovechar las iPSC derivadas de pacientes para generar estos organoides específicos del mesencéfalo, el protocolo busca mejorar la comprensión de los mecanismos de la enfermedad de Parkinson, facilitar el descubrimiento de posibles objetivos terapéuticos y mejorar el desarrollo de terapias basadas en células. A través de este enfoque innovador, el protocolo tiene como objetivo superar las limitaciones de los cultivos neuronales 2D tradicionales y contribuir significativamente al campo de la investigación de enfermedades neurodegenerativas al ofrecer una potente herramienta para el modelado de enfermedades in vitro y la exploración de nuevas estrategias de tratamiento.
En los últimos 10 años, varios equipos de investigación han desarrollado organoides (MO) del mesencéfalo8,21,25,26,27,28, utilizando metodologías que exhiben varias similitudes clave. En nuestro afán por profundizar en la comprensión de la enfermedad de Parkinson, hemos desarrollado un protocolo para crear MO humanos en 3D derivados de iPSC humanas. Estos organoides, enriquecidos con neuronas dopaminérgicas dispuestas espacialmente, presentan un modelo ideal para el estudio de la enfermedad de Parkinson. Nuestro desarrollo y refinamiento de protocolos de organoides específicos del mesencéfalo han producido modelos in vitro avanzados que han contribuido significativamente a nuestra comprensión de los procesos de neurodesarrollo y las enfermedades neurodegenerativas. Estos modelos, especialmente cuando se aplican a MO derivados de pacientes, han demostrado su eficacia como herramientas potentes para el modelado de enfermedades in vitro, ofreciendo nuevas perspectivas y metodologías en el campo del cultivo celular 3D avanzado.