Los investigadores hacen que las neuronas humanas se integren en cerebros de ratas vivas, con un gran potencial pero también con implicaciones aterradoras

Las neuronas humanas pueden sobrevivir, e incluso desarrollarse, después de ser trasplantadas a ratas recién nacidas. ¿Pero siguen siendo ratas?

Créditos de imagen Pașca Lab / Stanford Medicine.

Comprender el cerebro es uno de los mayores objetivos de la ciencia moderna. Pero partes de lo que descubrimos son más curiosas de lo que podríamos haber imaginado. Un nuevo artículo destaca uno de esos descubrimientos. Investigadores de la Universidad de Stanford informan que las neuronas humanas trasplantadas a ratas recién nacidas pueden crecer y desarrollarse con el animal.

Estas células se vuelven completamente funcionales, formando conexiones con las propias células cerebrales de las ratas e interactuando con ellas, participando potencialmente en la formación del comportamiento del animal, explica el equipo. Tal enfoque podría usarse para aprender más sobre el cerebro humano y los trastornos que pueden afectarlo, explica el equipo.

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Sergiu Pașca de la Universidad de Stanford, el autor correspondiente del nuevo artículo, ha estado trabajando durante más de una década con organoides neurales. Estos son pequeños grupos de neuronas, generalmente creados a partir de células de piel humana transformadas en células madre. Estas células madre se pueden transformar en neuronas en el laboratorio, lo que permite a los investigadores una forma ética de obtener células cerebrales humanas funcionales para su estudio.

Dicho esto, hay un límite en lo que estos organoides pueden enseñarnos. No replican completa y fielmente todo lo que sucede en nuestro cerebro. Por ejemplo, no forman la misma red de conexiones complejas, no generan señales eléctricas de la misma manera y no replican la gama completa de estructuras que veríamos en un cerebro normal. Finalmente, no siempre es fácil entender cómo los cambios estructurales observados en un organoide de este tipo en el laboratorio podrían traducirse en comportamientos del mundo real.

“Incluso cuando mantuvimos las neuronas humanas durante cientos de días… nos dimos cuenta de que las neuronas humanas no crecen hasta el tamaño al que crecería una neurona humana en un cerebro humano”, dice Pașca.

Para encontrar una solución a estos problemas, el equipo trasplantó organoides en el cerebro de ratas recién nacidas. Debido a su corta edad, estos animales se someten a un extenso desarrollo cerebral y se reconectan a medida que crecen. Como tal, los investigadores asumieron que las neuronas trasplantadas a una edad tan temprana tendrían la mejor oportunidad posible de integrarse en los propios circuitos neuronales de las ratas.

Para los trasplantes, el equipo usó organoides hechos de células madre derivadas de células de la piel. Las células madre se produjeron primero en el laboratorio y luego se convirtieron en capas de células neurales. Estos, a su vez, se plegaron en estructuras que se asemejan a la corteza cerebral humana (la parte externa de nuestro cerebro que maneja los procesos sensoriales y las funciones cognitivas superiores).

Una vez que se completaron los organoides, se colocaron en los cerebros de ratas de días de edad a través de una incisión en sus cráneos. Cada organoide fue trasplantado a la corteza sensorial.

Dentro de los cuatro meses posteriores a la implantación, los escáneres cerebrales revelaron que los organoides habían crecido aproximadamente nueve veces más que su volumen original, llenando alrededor de un tercio de un hemisferio cerebral. Sus células parecían haber formado conexiones con las células cerebrales de rata, incorporándose completamente a sus circuitos neuronales, agrega el equipo.

Las propias células tenían un tamaño mucho más parecido al de las neuronas del cerebro humano. Seis meses después de que se completaron los trasplantes, estas células eran alrededor de seis veces más grandes que las cultivadas en el laboratorio. Pașca las llama “absolutamente inmensas”, explicando que estas células alcanzan un nivel de maduración que no se ha visto en una placa de Petri en el laboratorio. También parecen ‘disparar’, generar señales eléctricas, de la misma manera que las del cerebro humano.

Dado que las células están completamente integradas en los circuitos cerebrales de las ratas, es probable que desempeñen un papel en el control de su comportamiento. Para determinar si este era el caso, el equipo activó las neuronas humanas usando optogenética. El experimento reveló que la actividad de estas células puede influir en el funcionamiento del cerebro mediado por la liberación de “la proteína FOS dependiente de la actividad en varias regiones del cerebro implicadas en comportamientos motivados”. No se observó una liberación similar en los animales de control.

En conjunto, los hallazgos muestran que las neuronas humanas pueden sobrevivir dentro de los cerebros de animales vivos e integrarse en ellos. También ofrecen a los investigadores una forma de estudiar potencialmente los efectos conductuales de varios tratamientos o procedimientos en el cerebro.

También ofrece un enfoque único para estudiar los trastornos cerebrales. Por ejemplo, el equipo creó organoides de pacientes con síndrome de Timothy, un raro trastorno genético que afecta el cerebro y el corazón. Estas neuronas tenían una estructura diferente en comparación con las sanas y también parecían funcionar de manera diferente. El equipo de Pașca ahora está trabajando arduamente usando ratas implantadas con estos organoides para probar nuevos tratamientos potenciales para el síndrome.

Sin embargo, la novedad de esta investigación plantea una pregunta que nunca pensé que tendría que hacerme: ¿estas ratas siguen siendo ratas? Los autores del artículo dicen que sí, y explican que no encontraron signos de cognición mejorada, emoción o cualquier otro comportamiento o rasgo similar al humano. Pero es innegable que estas ratas, al menos a nivel celular, tampoco son completamente ratas.

Tal como están ahora, las ratas del equipo solo están ligeramente modificadas con respecto a su línea de base, y esas modificaciones se centraron en un área del cerebro que se ocupa del procesamiento de la información sensorial. Sin embargo, no es imposible pensar que, en el futuro, dichas implantaciones podrían crear ratas con capacidades cognitivas mucho mayores que las inalteradas. Sin duda, estos animales nos obligarán a lidiar con la cuestión de qué cuenta exactamente como un cambio de especie, y descubrir dónde nos encontramos con la idea de mezclar materia cerebral humana con animales vivos.

El artículo “Maduración e integración de circuitos de organoides corticales humanos trasplantados” ha sido publicado en el diario Naturaleza.