Consiguen trasplantar neuronas humanas en ratas para estudiar trastornos neurológicos

Un grupo de investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos, ha logrado conectar con éxito células nerviosas humanas, cultivadas en laboratorio, en los cerebros de ratas jóvenes, lo cual permitiría estudiar mejor las enfermedades neurológicas. Estos resultados "prometedores" han sido publicados en la revista Nature. 

De esta forma, han demostrado que estas neuronas pueden enviar señales y responder a aquellas captadas por los bigotes de las ratas, lo que podría conducir a una forma de probar terapias para trastornos cerebrales humanos.

Se trata de una demostración de que las neuronas cultivadas a partir de células madre humanas pueden interactuar con células nerviosas en roedores vivos. Los científicos desean utilizar organoides cerebrales (estructuras diminutas similares al cerebro cultivadas a partir de células madre humanas) para estudiar los trastornos neurodegenerativos y neuropsiquiátricos que desarrollan los humanos.

Sin embargo, los organoides imitan el cerebro humano solo hasta cierto punto. No desarrollan vasos sanguíneos y, por tanto, no pueden recibir nutrientes, lo que significa que no prosperan durante mucho tiempo. Además, no reciben la estimulación necesaria para crecer plenamente: en el cerebro de un bebé humano, el crecimiento de las neuronas y el desarrollo de las conexiones con otras neuronas se basan en parte en la información de los sentidos.

Para dotar a los organoides cerebrales de esta estimulación y apoyo, el neurocientífico Sergiu Pasca, de la Universidad de Stanford, y sus colegas, cultivaron las estructuras a partir de células madre humanas y luego las inyectaron en los cerebros de crías de rata recién nacidas, con la expectativa de que las células humanas crecieran junto con las propias de las ratas. El equipo colocó los organoides en una región del cerebro denominada corteza cerebral somatosensorial, que recibe las señales de los bigotes y otros órganos sensoriales de las ratas, y luego las transmite a otras regiones del cerebro que interpretan las señales.

Las células cerebrales humanas maduran mucho más lentamente que las de las ratas, por lo que los investigadores tuvieron que esperar más de seis meses para que los organoides se integraran completamente en los cerebros de las ratas. Pero cuando examinaron los cerebros de los animales al cabo de ese tiempo, vieron que la integración había sido tan exitosa que era casi como añadir "otro transistor a un circuito", ha informado Pasca.

Por su parte, la bióloga molecular de la Universidad de Harvard en Cambridge (Massachusetts, Estados Unidos), Paola Arlotta, la investigación "es un paso importante para permitir que los organoides nos digan propiedades más complejas del cerebro". Sin embargo, advierte de que el procedimiento de trasplante es "probablemente todavía demasiado caro y complejo para convertirse en una herramienta de investigación estándar". El siguiente paso, añade Arlotta, será averiguar cómo se integran en el cerebro de la rata las neuronas humanas individuales, no solo los organoides completamente desarrollados.

"El procedimiento de trasplante será una herramienta valiosa"

En el estudio, los investigadores describen cómo modificaron genéticamente las neuronas de los organoides para que se dispararan al ser estimuladas con la luz de un cable de fibra óptica incrustado en el cerebro de las ratas.

El equipo entrenó a las ratas para que lamieran un pico para recibir agua mientras la luz estaba encendida. Después, cuando los investigadores hicieron brillar la luz sobre los cerebros híbridos, las ratas se vieron impulsadas a lamer el surtidor, lo que significa que las células humanas se habían integrado lo suficientemente bien como para ayudar a impulsar el comportamiento de los animales. Además, cuando los investigadores pellizcaron los bigotes de las ratas, comprobaron que las células humanas de la corteza sensorial se disparaban en respuesta, lo que sugiere que las células eran capaces de captar información sensorial.

Para demostrar que su trabajo es prometedor para el estudio de los trastornos cerebrales, Pasca y sus colegas también crearon organoides cerebrales a partir de las células madre de tres personas con una enfermedad genética llamada síndrome de Timothy, que puede causar síntomas similares a algunos observados en el autismo. Las diminutas estructuras tenían el mismo aspecto que cualquier otro organoide cerebral cultivado en una placa, pero cuando los investigadores las trasplantaron a ratas, no crecieron tanto como las demás y sus neuronas no se dispararon de la misma manera.

Por su parte, el neurocientífico Rusty Gage, del Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, (California, Estados Unidos) se alegra de estos resultados. En 2018, él y un equipo de investigadores descubrieron que los organoides cerebrales humanos trasplantados podían integrarse en el cerebro de ratones adultos. Los ratones no viven tanto como las ratas, por lo que Pasca y sus colegas esperaban que, dado que los cerebros de las crías de rata recién nacidas son más plásticos que los de los animales adultos, fueran más capaces de recibir las nuevas células. "Tenemos retos por delante", dice Gage. "Pero creo que el procedimiento de trasplante será una herramienta valiosa", añade.

Retos éticos

Algunos de los retos son éticos. A la gente le preocupa que la creación de híbridos roedor-humano pueda dañar a los animales, o crear animales con cerebros similares a los humanos. El año pasado, un grupo organizado por las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina de EE.UU. publicó un informe en el que se concluía que los organoides cerebrales humanos son todavía demasiado primitivos para adquirir conciencia, alcanzar una inteligencia similar a la humana o adquirir otras capacidades que podrían requerir una regulación legal. Pasca afirma que los trasplantes de organoides de su equipo no causaron problemas como convulsiones o déficits de memoria en las ratas, y no parecieron cambiar significativamente el comportamiento de los animales.

Pero Arlotta, miembro del panel de las Academias Nacionales, dice que podrían surgir problemas a medida que la ciencia avance. "No podemos discutirlo una vez y dejarlo estar", dice. Añade que la preocupación por los organoides humanos debe sopesarse con las necesidades de las personas con trastornos neurológicos y psiquiátricos. Los organoides cerebrales y los cerebros híbridos humano-animales podrían revelar los mecanismos subyacentes a estas enfermedades y permitir a los investigadores probar terapias para dolencias como la esquizofrenia y el trastorno bipolar. "Creo que tenemos la responsabilidad como sociedad de hacer todo lo que podamos", concluye Arlotta.