Neurocientíficos de Stanford han trasplantado organoides de cerebro humano en los cerebros de ratas recién nacidas y comprobado que se integran en el entorno, crecen más deprisa, colonizan regiones cerebrales, reaccionan a los estímulos del entorno e inducen comportamientos en los roedores tal como lo haría 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 poseen un gran potencial para comprender el desarrollo del cerebro y las enfermedades neuronales.

Los científicos de Stanford observaron que los organoides humanos trasplantados a la corteza somatosensorial de las ratas maduraron y se integraron parcialmente en los circuitos neuronales, así como manifestaron funcionalidad en los cerebros de los roedores.

Al mismo tiempo apreciaron que las neuronas individuales trasplantadas mantuvieron muchas de las propiedades eléctricas y estructurales humanas en los cerebros de las ratas recién nacidas, aunque no replicaban perfectamente el tejido cerebral humano en su nuevo entorno.

Colonizadores cerebrales

También se dieron cuenta de que el organoide implantado en el cerebro de las ratas crece más deprisa, lo que le lleva a colonizar hasta un tercio de uno de los hemisferios cerebrales de la rata.

Otro detalle relevante aportado por esta investigación es que las neuronas humanas trasplantadas en el cerebro de una rata eran más grandes que las que se desarrollan en laboratorio, y que tanto su tamaño como su perfil de actividad eléctrica en ese nuevo escenario está más próximo al del cerebro humano que al 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, demostrando que las neuronas trasplantadas podían modular la actividad neuronal de las ratas e impulsar el comportamiento de búsqueda de recompensas.

La línea punteada marca el borde del organoide humano trasplantado en la corteza cerebral de la rata. Paşca Lab, Universidad de Stanford.

Integración completa

Por ejemplo, un grupo de neuronas en el organoide mostró actividad cuando los autores soplaron sobre los bigotes de las ratas, lo que indica que las neuronas humanas trasplantadas al cerebro del roedor pueden responder a la estimulación sensorial.

Los investigadores también comprobaron 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 más a menudo una botella de agua.

Los investigadores también observaron que, una vez trasplantados, los organoides cerebrales desarrollan tipos celulares 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 las ratas.

Aplicaciones interesantes

Usando la técnica desarrollada en esta investigación, liderada por Sergiu Pasca, uno 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, destaca 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 sustitutos para los trastornos humanos porque consistirían en células humanas reales en circuitos neuronales funcionales.

Los autores de esta investigación se proponen estudiar mejor el funcionamiento de las neuronas humanas maduras dentro del cerebro de ratas, con la finalidad de explorar posibles tratamientos para trastornos psiquiátricos y las afecciones neurológicas.

Mayor complejidad

Este equipo ha podido identificar que, después del trasplante, las neuronas de los organoides humanos presentan características funcionales y morfológicas intrínsecas más complejas, lo que ha permitido identificar defectos relacionados con el síndrome de Timothy, una rara enfermedad congénita que afecta a diferentes órganos del cuerpo, incluyendo el corazón, sistema nervioso y dedos, explican los investigadores en el artículo que publican al respecto en la revista Nature.

Desde hace años se sabe 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, destaca también Quanta.

Seguramente, esto se debe a que las ratas del experimento tenían el sistema inmunológico deteriorado por manipulación genética, lo que habría favorecido la aceptación de neuronas ajenas para el desarrollo de las crías, advierten los investigadores.

De todas formas, la principal ventaja del resultado obtenido en esta investigación es que permite conocer mejor cómo los procesos neurobiológicos alterados causan trastornos neurológicos y psiquiátricos.

El trasplante de organoides en ratas recién nacidas ofrece una forma de emplear las herramientas más modernas de la neurociencia en la investigación sobre el desarrollo de circuitos y neuronas humanas, concluye Quanta.

Referencia

Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids. Omer Revah et al. Nature volume 610, pages 319–326 (2022). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-5277-w