Los "organoides" de cerebro humano se conectaron al sistema nervioso de las ratas, lo que influyó en las sensaciones y comportamientos de los animales recién nacidos.
Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford (EE. UU.) ha trasplantado con éxito grupos de neuronas humanas en el cerebro de ratas recién nacidas, una insólita hazaña de ingeniería biológica que puede proporcionar modelos más realistas para condiciones neurológicas como el autismo.
Hace siete años, los investigadores comenzaron un experimento ambicioso: comenzaron a cultivar versiones en miniatura y simplificadas del cerebro humano a partir de células madre dentro de un laboratorio, y luego inyectaron ese tejido en el cerebro de ratas recién nacidas. Posteriormente, inocularon el tejido humano en las cortezas somatosensoriales de las ratas, regiones que reciben y procesan información sensorial como el tacto o el dolor. Todas las ratas tenían sistemas inmunológicos disfuncionales para garantizar que las células humanas no fueran rechazadas.
Después de aproximadamente dos semanas de entrenamiento, las ratas comenzaron a lamer un pico en busca de agua cada vez que los investigadores estimulaban las neuronas humanas. Para ver si las neuronas humanas podían influir en el comportamiento de las ratas, los investigadores utilizaron una técnica llamada optogenética, que consiste en alterar genéticamente las células para que respondan a la luz (luz azul en este caso). También usaron una bocanada de aire para pinchar los bigotes de las ratas y luego observaron cómo respondían las neuronas humanas.
A los seis meses, el minicerebro humano implantado representaba aproximadamente un tercio del hemisferio del cerebro de la rata. El cerebro estaba organizado en dos hemisferios, derecho e izquierdo, cada uno responsable de diferentes funciones.
En lo más profundo del cerebro de la rata, las células humanas y de rata se conectaron en el tálamo, el área crítica para el sueño, la conciencia, el aprendizaje, la memoria y el procesamiento de información de todos los sentidos, excepto el olfato.
UNIVERSIDAD DE STANFORD
Estos modelos serían tan prácticos para los estudios de laboratorio neurocientíficos como lo son los modelos animales actuales, pero mucho mejores sustitutos para los trastornos humanos porque consistirían en células humanas reales en circuitos neuronales funcionales. Incluso serían objetivos ideales para las herramientas modernas de neurociencia que son demasiado invasivas para usar en cerebros humanos reales.
“Muy interesante este estudio de la Universidad de Stanford. No es la primera vez que tejidos humanos fabricados en el laboratorio se integran en animales adultos, ratas o ratones atímicos (es decir, inmunodeficientes, incapaces de rechazar los tejidos y células de otra especie). Esto se ha hecho numerosas veces con diferentes tejidos (músculo, piel, sangre, tejido nervioso, etc.). Pero sí, que yo sepa, es el primer caso de un tejido organoide humano de cerebro trasplantado al cerebro de una rata recién nacida, con su cerebro en pleno desarrollo, que muestra no solamente que no es rechazado sino que se integra con las funciones propias del cerebro de la rata, interconectándose entre sí (los autores activan las células humanas al rozar los bigotes de la rata, demostrando que estas células del organoide de cerebro humano han logrado conectarse a este circuito somatosensorial), y que ilustra una nueva manera de ver los déficits funcionales de tejido cerebral en organoides de pacientes afectados con alguna enfermedad neurológica (los autores lo demuestran con organoides derivados de células de pacientes con el síndrome de Timoteo, un trastorno raro con múltiples afectaciones en diversos órganos y con una alteración cardiaca como síntoma característico)”, explica a Science Media Centre Lluís Montoliu, investigador del CSIC, vicedirector del Centro Nacional de Biotecnología (CNB).
“Es un experimento sorprendente y un avance muy significativo, que combina estudios en el laboratorio (organoides) con estudios con animales (trasplante de organoides al cerebro de ratas atímicas). Este experimento también suscita aspectos éticos relevantes de esta investigación, que deberán tenerse en cuenta y debatirse en futuros procedimientos similares, al generarse de alguna manera cerebros en estos animales que son parcialmente híbridos entre neuronas de la rata y neuronas del paciente usado en el proceso”, concluye el experto.
Ya solo queda plantear las cuestiones éticas de estos experimentos, como por ejemplo, el consentimiento de los donantes para estos fines (entre otros muchos dilemas éticos).
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Referencia: Revah, O., Gore, F., Kelley, K.W. et al. Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids. Nature 610, 319–326 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05277-w
