Los neurocientíficos de Stanford trasplantaron organoides de cerebro humano en cerebros de ratas recién nacidas y descubrieron que se integran en el medio ambiente, crecen más rápido, colonizan regiones del cerebro, reaccionan a los estímulos ambientales e inducen comportamientos en roedores como un cerebro humano.
Los organoides cerebrales son modelos de tejido 3D que representan una o más regiones del cerebro humano. Se obtienen a partir de células madre pluripotentes y tienen un gran potencial para comprender el desarrollo cerebral y las enfermedades neuronales.
Los científicos de Stanford observaron que los organoides humanos trasplantados en la corteza somatosensorial de ratas maduraron y se integraron parcialmente en los circuitos neuronales, así como su funcionalidad manifestada en cerebros de roedores.
Al mismo tiempo, descubrieron que las neuronas individuales trasplantadas conservaban muchas de las propiedades eléctricas y estructurales humanas en los cerebros de ratas recién nacidas, aunque no replicaban perfectamente el tejido cerebral humano en su nuevo entorno.
colonizadores del cerebro
También encontraron que el organoide implantado en el cerebro de la rata crece más rápido, lo que lo lleva a colonizar hasta un tercio de uno de los hemisferios cerebrales de la rata.
Otro dato relevante que aporta esta investigación es que las neuronas humanas trasplantadas al cerebro de una rata eran más grandes que las cultivadas en laboratorio, y que tanto su tamaño como su perfil de actividad eléctrica en este nuevo escenario se acerca más al del cerebro humano. que la de los roedores.
Esta integración de los organoides permitió a los autores establecer vínculos entre la actividad de las células humanas y el comportamiento animal, mostrando que las neuronas trasplantadas podrían modular la actividad neuronal en ratas e impulsar el comportamiento de búsqueda de recompensas.
integración total
Por ejemplo, un grupo de neuronas en el organoide mostró actividad cuando los autores soplaron bigotes de rata, lo que indica que las neuronas humanas trasplantadas en el cerebro de roedores pueden responder a la estimulación sensorial.
Los investigadores también encontraron que el mismo sistema funcionaba a la inversa: el organoide humano puede influir en el comportamiento de los roedores. Cuando las neuronas humanas fueron estimuladas con luz azul, el organoide “implantado” desencadenó un comportamiento en las ratas que las hizo buscar una recompensa lamiendo una botella de agua con más frecuencia.
Los investigadores también encontraron que, una vez trasplantados, los organoides cerebrales desarrollan tipos de células que no se habían obtenido previamente in vitro, y que después del trasplante, los organoides humanos se integran tanto anatómica como funcionalmente en el cerebro de la rata.
aplicaciones interesantes
Utilizando la técnica desarrollada en esta investigación, dirigida por Sergio Pascuauno de los pioneros en el desarrollo de organoides cerebrales, los científicos podrán crear nuevos modelos de vida para una amplia gama de trastornos del neurodesarrollo, incluidas algunas formas de trastorno del espectro autista, Destacar al respecto la revista Quanta.
Esos modelos de vida serían tan prácticos para los estudios de laboratorio neurocientíficos como lo son los modelos animales actuales, pero serían mejores representantes de los trastornos humanos porque consistirían en células humanas reales en circuitos neuronales funcionales.
Los autores de esta investigación planean estudiar mejor el funcionamiento de las neuronas humanas maduras dentro del cerebro de las ratas, con el fin de explorar posibles tratamientos para los trastornos psiquiátricos y las afecciones neurológicas.
mayor complejidad
Este equipo ha podido identificar que, tras el trasplante, las neuronas de los organoides humanos presentan características morfológicas y funcionales intrínsecas más complejas, lo que ha permitido identificar defectos relacionados con la síndrome de timoteouna rara enfermedad congénita que afecta a diferentes órganos del cuerpo, incluidos el corazón, el sistema nervioso y los dedos, explican los investigadores en el artículo que publican al respecto en la revista Nature.
Se sabe desde hace años que los organoides del cerebro humano pueden insertarse en el cerebro de ratas adultas y sobrevivir. Pero el nuevo estudio muestra por primera vez que el cerebro floreciente de una rata recién nacida puede aceptar neuronas humanas y permitirles madurar, al mismo tiempo que las integra en circuitos locales capaces de impulsar el comportamiento de la rata, también señala Quanta.
Esto probablemente se deba a que las ratas del experimento tenían sistemas inmunológicos deteriorados debido a la manipulación genética, lo que habría favorecido la aceptación de neuronas extrañas para el desarrollo de la descendencia, advierten los investigadores.
En cualquier caso, la principal ventaja del resultado obtenido en esta investigación es que permite comprender mejor cómo los procesos neurobiológicos alterados provocan trastornos neurológicos y psiquiátricos.
El trasplante de organoides en ratas recién nacidas ofrece una forma de utilizar las herramientas más modernas de la neurociencia en la investigación sobre el desarrollo de circuitos y neuronas humanas, concluye Quanta.
Referencia
Maduración e integración de circuitos de organoides corticales humanos trasplantados. Omer Revah et al. Nature volumen 610, páginas 319–326 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-5277-w
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