Grupos de neuronas humanas trasplantadas a ratas ofrecen una nueva herramienta para estudiar el cerebro

Los científicos han demostrado una nueva forma de estudiar condiciones como el trastorno del espectro autista, el TDAH y la esquizofrenia.

El enfoque consiste en trasplantar un grupo de células cerebrales humanas vivas de un plato en el laboratorio al cerebro de una rata recién nacida, según un equipo de la Universidad de Stanford. informes en el diario Naturaleza.

El grupo, conocido como organoide cerebral, luego continúa desarrollándose en formas que imitan un cerebro humano y puede permitir a los científicos ver qué falla en una variedad de trastornos neuropsiquiátricos.

“Definitivamente es un paso adelante”, dice Paola Arlottaun destacado investigador de organoides cerebrales en la Universidad de Harvard que no participó en el estudio. “El objetivo final de este trabajo es comenzar a comprender las características de enfermedades complejas como la esquizofrenia, el trastorno del espectro autista y el trastorno bipolar”.

Pero es probable que el avance inquiete a algunas personas, dice bioeticista Inso Hyundirector de ciencias de la vida en el Museo de Ciencias de Boston y afiliado al Centro de Bioética de la Facultad de Medicina de Harvard.

“La gente tiende a suponer que cuando transfieres los biomateriales de una especie a otra, transfieres la esencia de ese animal al otro”, dice Hyun, y agrega que incluso los organoides cerebrales más avanzados siguen siendo versiones muy rudimentarias de un cerebro humano

Despejando un obstáculo científico

El éxito en el trasplante de organoides de cerebro humano en un animal vivo parece eliminar una barrera importante para usarlos como modelos de enfermedades humanas. También representa la culminación de siete años de trabajo supervisado por Dr. Sergio Postprofesor de psiquiatría y ciencias del comportamiento en Stanford.

Los organoides del cerebro humano están hechos de células madre pluripotentesque pueden ser persuadidos para convertirse en varios tipos de células cerebrales. Estas células se cultivan en un recipiente giratorio conocido como biorreactor, que permite que las células formen espontáneamente esferas similares a cerebros del tamaño de un guisante pequeño.

Pero después de unos meses, los organoides cultivados en laboratorio dejan de desarrollarse, dice Pasca, cuyo laboratorio en Stanford ideó la técnica de trasplante. Las neuronas individuales en el grupo siguen siendo relativamente pequeñas, dice, y hacen relativamente pocas conexiones.

“No importa cuánto tiempo los mantengamos en un plato, todavía no se vuelven tan complejos como lo serían las neuronas humanas en un cerebro humano real”, dice Pasca. Esa puede ser una de las razones por las que los organoides aún tienen que revelar mucho sobre los orígenes de los trastornos neuropsiquiátricos complejos, dice.

Entonces, el equipo de Pasca se dispuso a encontrar un entorno para los organoides que les permitiera seguir creciendo y madurando. Encontraron uno en el cerebro de ratas recién nacidas.

“Descubrimos que la [organoid] crece, en el transcurso de unos pocos meses, unas nueve veces en volumen”, dice Pasca. “Al final, cubre aproximadamente un tercio del hemisferio de una rata”.

Las células trasplantadas no parecen causar problemas a las ratas, que se comportan normalmente a medida que crecen, dice Pasca.

“El tejido de la rata simplemente se aparta”, dice. “Pero ahora también tienes un grupo de células humanas que se están integrando en el circuito”.

Las células humanas comienzan a establecer conexiones con las células de rata. Mientras tanto, los vasos sanguíneos de la rata comienzan a suministrar oxígeno y nutrientes a las células humanas.

Un enlace a los sentidos

El equipo de Pasca colocó cada organoide en un área del cerebro de la rata que procesa la información sensorial. Después de unos meses, el equipo hizo un experimento que sugería que las células humanas estaban reaccionando a lo que fuera que la rata percibiera.

“Cuando estimulas los bigotes de la rata, la mayoría de las neuronas humanas se involucran en una actividad eléctrica que sigue a esa estimulación”, dice Pasca.

Otro experimento sugiere que las células humanas podrían incluso influir en el comportamiento de una rata.

El equipo entrenó ratas para asociar la estimulación de sus células humanas con una recompensa: un trago de agua. Eventualmente, las ratas comenzaron a buscar agua cada vez que se estimulaban las células humanas.

En un experimento final, el equipo de Pasca se dispuso a mostrar cómo los organoides trasplantados podrían ayudar a identificar los cambios cerebrales asociados con un trastorno humano específico. Ellos eligen Síndrome de Timoteoun trastorno genético muy raro que afecta el desarrollo del cerebro de manera que puede causar síntomas del trastorno del espectro autista.

El equipo comparó organoides elaborados a partir de células madre de personas sanas con organoides elaborados a partir de células madre de pacientes con el síndrome. En el laboratorio, los grupos de células se veían iguales.

“Pero una vez que trasplantamos y observamos 250 días después, descubrimos que mientras las células de control crecían dramáticamente, las células de los pacientes no lo hacían”, dice Pasca.

Un mejor modelo, con preocupaciones éticas

Los experimentos muestran que el equipo de Pasca ha desarrollado un mejor modelo para estudiar los trastornos del cerebro humano, dice Arlotta.

La clave parece ser proporcionar a los organoides trasplantados información sensorial que no obtienen al crecer en un plato, dice, y señala que el cerebro de un bebé necesita este tipo de estimulación para desarrollarse normalmente.

“Son las cosas que recibimos después de nacer”, dice, “especialmente cuando comenzamos a experimentar el mundo y escuchar sonidos, ver luces, etc.”.

Pero a medida que los organoides cerebrales se parezcan más a los cerebros humanos reales, los científicos tendrán que considerar las implicaciones éticas y sociales de esta investigación, dice Arlotta.

“Necesitamos poder verlo, considerarlo, discutirlo y detenerlo si pensamos que algún día estamos en el punto en el que no deberíamos progresar”, dice ella. “Creo que estamos muy, muy lejos de ese punto en este momento”.

Incluso los organoides cerebrales más avanzados no tienen nada ni remotamente parecido a las capacidades de un cerebro humano, dice Hyun, quien publicó un video. conversación tuvo con Pasca coincidiendo con la publicación del nuevo estudio.

Sin embargo, muchas discusiones éticas se han centrado en la posibilidad de que un organoide pueda alcanzar una conciencia similar a la humana.

“Creo que es un error”, dice Hyun. “No sabemos exactamente qué queremos decir con ‘conciencia similar a la humana’, y el problema más cercano, el más importante, es el bienestar de los animales utilizados en la investigación”.

Él dice que eso no fue un problema en los experimentos del laboratorio de Pasca porque los organoides no parecían dañar a los animales ni cambiar su comportamiento.

Si los organoides del cerebro humano se cultivan en cerebros animales más grandes y complejos, dice Hyun, los grupos de células podrían desarrollarse de manera que causen sufrimiento a los animales.

“Lo que me preocupa”, dice, “es lo que sigue”.