El hallazgo, publicado este viernes en la revista 'Nature Neuroscience', cuestiona además una de las hipótesis más asentadas de la neurociencia. Frente a la idea tradicional de que todo el cerebro humano procede de una única población de células progenitoras, los investigadores concluyeron que las principales regiones cerebrales surgen a partir de dos linajes celulares distintos que siguen trayectorias independientes desde fases muy tempranas de la formación del embrión.

La investigación fue liderada por un equipo multidisciplinar de científicos vinculados al Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine de la Universidad de Stanford. El autor sénior del trabajo, Kyle Loh, profesor asociado de Biología del Desarrollo, aseguró que el estudio demuestra "por primera vez que la parte anterior del cerebro surge de una célula progenitora totalmente diferente a la que origina la parte posterior".

"Nuestro descubrimiento significa que ahora podemos cultivar neuronas de la parte posterior del cerebro, el rombencéfalo, en una placa de laboratorio y estudiar cómo funcionan", afirmó. Los autores consideran que este avance puede tener importantes repercusiones para la investigación biomédica porque, hasta ahora, estudiar enfermedades del tronco encefálico en tejido humano vivo era prácticamente imposible. La posibilidad de generar estas neuronas en laboratorio permitirá recrear procesos patológicos, analizar cómo evolucionan las enfermedades y poner a prueba potenciales tratamientos.

Según explicaron los autores, el cerebro adulto está formado por tres grandes regiones: cerebro anterior, cerebro medio y cerebro posterior. El primero es el responsable de funciones que habitualmente se asocian con la inteligencia humana, como el lenguaje, la conciencia, la planificación o el razonamiento abstracto. El segundo participa en funciones sensoriales y motoras. Por su parte, el cerebro posterior, donde se encuentra el tronco encefálico, controla actividades esenciales para la supervivencia, como la respiración, el sueño, la frecuencia cardiaca, el hambre o la deglución.

NEURONA DEL TRONCO ENCEFÁLICO

Precisamente esta última región constituye uno de los mayores retos para la investigación biomédica. Durante décadas, los científicos tuvieron dificultades para producir en laboratorio neuronas humanas del tronco encefálico, "una limitación que ha ralentizado el estudio de enfermedades devastadoras que afectan a esta zona del sistema nervioso".

Entre ellas se encuentra la AME, considerada una de las principales causas genéticas de mortalidad infantil durante el primer año de vida; y la ELA, una enfermedad neurodegenerativa progresiva que suele aparecer entre los 40 y los 70 años.

En ambos trastornos, determinadas neuronas localizadas en el cerebro posterior dejan de funcionar de forma gradual. Como consecuencia, los pacientes pierden progresivamente capacidades básicas como tragar alimentos o líquidos, hablar con normalidad y, en las fases más avanzadas, respirar de manera autónoma.

REPROGRAMAR CÉLULAS MADRE

A partir de esta nueva comprensión de los mecanismos de desarrollo cerebral y neuronal, el equipo consiguió reprogramar células madre pluripotentes humanas para generar neuronas motoras funcionales del cerebro posterior. Las células obtenidas mostraron actividad eléctrica normal y expresaron los marcadores característicos de las neuronas que controlan funciones como los movimientos faciales y la deglución.

Uno de los autores principales del trabajo, Rayyan Jokhai, investigador del Departamento de Biología del Desarrollo de Stanford, explicó que la clave del descubrimiento estuvo en observar los primeros momentos de la formación embrionaria.

Los investigadores analizaron embriones de ratón y descubrieron la existencia de dos tipos de células progenitoras completamente diferentes. Una población está destinada a formar el cerebro anterior y medio. La otra, origina exclusivamente el cerebro posterior.

"Los intentos previos de generar neuronas del cerebro posterior probablemente trataban de convertir progenitores del cerebro anterior o medio en células del cerebro posterior, algo que nuestro estudio demostró que no es posible", señaló Jokhai, quien además explicó que "en biología de células madre solemos centrarnos en producir la célula final, como una neurona".

Además de la ELA y la AME, el hallazgo podría contribuir a comprender otras alteraciones vinculadas al tronco encefálico y a las funciones automáticas que este regula, incluidas las relacionadas con la respiración, el control del apetito o determinados trastornos neurológicos y neurodegenerativos.

EVOLUCIÓN DEL SISTEMA NERVIOSO

La investigación también aportó una nueva perspectiva sobre la evolución del sistema nervioso. Tras analizar distintas especies, desde peces cebra y gallinas hasta gusanos bellota, los científicos encontraron indicios de que este patrón de doble origen cerebral ya estaba presente hace más de 500 millones de años.

Según Loh, los resultados sugieren que "la evolución no creó un único sistema nervioso central desde cero, sino que integró dos sistemas neuronales ancestrales diferentes en una estructura aparentemente unificada: tomó dos sistemas neuronales ya existentes y los reunió físicamente en un mismo órgano".

Los investigadores planean ahora ampliar sus estudios para determinar el origen embrionario de la médula espinal y analizar con precisión cómo la ELA, la AME y otras enfermedades alteran el funcionamiento de las neuronas del cerebro posterior.

"Ahora disponemos de un modelo que nos permitirá comprender mejor estas enfermedades devastadoras y avanzar hacia futuras terapias regenerativas", concluyó Jokhai: "Se trata de una nueva y apasionante frontera en la investigación del cerebro".