El cerebro podría tener dos orígenes distintos: un hallazgo que cambia la forma de estudiar su desarrollo
Durante mucho tiempo, el cerebro humano se ha estudiado como una estructura única y continua. Sin embargo, una investigación dirigida por científicos de Stanford Medicine plantea una perspectiva diferente: el cerebro anterior y el cerebro posterior tendrían orígenes celulares distintos desde las primeras etapas del desarrollo embrionario.
El estudio, publicado el 18 de septiembre en Nature Neuroscience y dirigido por el profesor Kyle Loh, encontró que estas dos regiones se desarrollan a partir de poblaciones celulares diferentes y mantienen características biológicas propias.
El hallazgo podría tener importantes consecuencias para la investigación de enfermedades neurológicas como la atrofia muscular espinal (SMA) y la esclerosis lateral amiotrófica (ALS), especialmente porque hasta ahora había sido difícil producir determinados tipos de neuronas del tronco encefálico en el laboratorio.
Dos regiones, dos líneas celulares
Los investigadores analizaron las primeras etapas del desarrollo embrionario, particularmente durante la gastrulación, cuando comienzan a establecerse las diferentes estructuras del organismo.
Durante este proceso identificaron dos poblaciones celulares separadas.
Una de ellas se caracteriza por la expresión del gen Otx2 y da origen al cerebro anterior y medio. La otra expresa Gbx2 y origina el cerebro posterior, incluido el tronco encefálico.
De acuerdo con los resultados, estas poblaciones celulares permanecen separadas durante el desarrollo y presentan diferencias en la manera en que se organiza su cromatina, es decir, la estructura mediante la cual el ADN se empaqueta dentro de las células.
Esta organización influye en qué genes pueden activarse y cuáles permanecen inactivos. Por ello, las dos regiones siguen programas de desarrollo diferentes desde etapas muy tempranas.
¿Por qué este descubrimiento puede ser importante para la medicina?
Uno de los principales problemas que ha enfrentado la investigación neurológica es la dificultad para producir determinados tipos de neuronas del tronco encefálico a partir de células madre en el laboratorio.
El nuevo modelo ayuda a explicar por qué algunos intentos anteriores no lograban generar correctamente estas células: se utilizaban poblaciones progenitoras que no correspondían al origen embrionario adecuado.
Utilizando esta información, los investigadores consiguieron dirigir células madre pluripotentes humanas hacia la formación de neuronas motoras funcionales del tronco encefálico.
Las células obtenidas mostraron actividad eléctrica y produjeron proteínas características de neuronas involucradas en el control de músculos relacionados con funciones como el movimiento facial y la deglución.
Esto podría permitir desarrollar modelos celulares más precisos para estudiar enfermedades neurológicas y evaluar posibles tratamientos.
Posibles implicaciones para la atrofia muscular espinal y la ALS
El hallazgo resulta especialmente relevante para enfermedades que afectan a las neuronas motoras del tronco encefálico.
Atrofia muscular espinal
La SMA es una enfermedad genética que provoca degeneración de las neuronas motoras. En sus formas más graves puede comenzar durante la infancia y comprometer funciones esenciales.
La posibilidad de generar en laboratorio neuronas del tronco encefálico con características similares a las humanas podría ayudar a estudiar qué ocurre con estas células durante la enfermedad y cómo responden a diferentes tratamientos.
Esclerosis lateral amiotrófica
La ALS también provoca una degeneración progresiva de las neuronas motoras. Puede afectar diferentes regiones del sistema nervioso, incluido el cerebro y el tronco encefálico.
Cuando las neuronas que participan en el control de la deglución y la respiración resultan afectadas, pueden aparecer complicaciones graves.
Contar con modelos celulares más fieles podría facilitar el estudio de los mecanismos que provocan la degeneración neuronal y permitir evaluar nuevas estrategias terapéuticas.
Una historia evolutiva de cientos de millones de años
Los investigadores también analizaron el origen evolutivo de esta organización cerebral y encontraron patrones similares en organismos separados por aproximadamente 550 millones de años de evolución.
La investigación identificó evidencias de esta división entre regiones nerviosas en especies como pez cebra, pollo y gusano bellota.
Incluso organismos mucho más simples, como las medusas, poseen sistemas nerviosos organizados en regiones diferentes del cuerpo.
Estos resultados plantean la posibilidad de que el cerebro de los vertebrados haya integrado durante la evolución dos sistemas nerviosos con historias de desarrollo diferentes, en lugar de haberse originado completamente como una estructura unificada.
Desde esta perspectiva, la evolución habría conservado sistemas especializados que posteriormente quedaron integrados dentro de un mismo órgano.
El tronco encefálico también participa en el control del metabolismo
Las implicaciones del descubrimiento podrían ir más allá de las enfermedades neuromusculares.
El tronco encefálico contiene circuitos neuronales involucrados en funciones como el control del hambre y la regulación de diferentes procesos metabólicos.
Por ello, comprender con mayor precisión cómo se desarrollan y funcionan estas neuronas podría aportar información relevante para investigar obesidad y otros trastornos metabólicos, incluidos aquellos en los que se utilizan medicamentos que actúan sobre los mecanismos de regulación del apetito.
¿Qué sigue en la investigación?
El equipo de Stanford pretende continuar estudiando el origen de otras estructuras del sistema nervioso, incluido el cordón espinal, y analizar con mayor detalle cómo enfermedades como la SMA y la ALS afectan específicamente a las neuronas del tronco encefálico.
A largo plazo, estos modelos podrían contribuir al desarrollo de estrategias de medicina regenerativa, aunque todavía se trata de investigación experimental y no de un tratamiento disponible para pacientes.
El principal valor del descubrimiento radica en proporcionar un modelo más preciso sobre cómo se construye el sistema nervioso humano desde las primeras etapas del desarrollo. Comprender ese proceso podría ayudar a explicar por qué determinadas neuronas son vulnerables a ciertas enfermedades y, eventualmente, facilitar el desarrollo de tratamientos dirigidos a células específicas.
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