Cerebros humanos en miniatura crecen durante meses después de ser implantados en cráneos de ratones
Por lo que saben los científicos, estos ratones se comportaron como cualquier otro de su especie y tenían el mismo aspecto, excepto por los minicerebros humanos implantados en la corteza de cada roedor, que se podía ver a través de una pequeña cubierta transparente en lugar de parte del cerebro. cerebro llegar sus cráneos.
El informe, publicado el lunes por científicos del Instituto Salk, es el primero en describir la implantación exitosa de un organoide cerebral humano en el cerebro de otra especie, con el cerebro huésped proporcionando suficiente sangre para un mini cerebro del tamaño de una lenteja y nutrientes. para sostenerlos y desarrollarlos durante varios meses. Este no será el último, ya que los científicos utilizan este método para comprender el desarrollo del cerebro humano y probar si estas pequeñas entidades algún día podrían servir como kits de reparación cortical, reemplazando áreas del cerebro que han sido lesionadas o que no se desarrollaron normalmente.
Este es «un avance tecnológico importante», dice Michal Stachowiak, neurocientífico de la Universidad Estatal de Nueva York en Buffalo, quien creó organoides cerebrales humanos para estudiar la esquizofrenia y «avanza hacia el uso de organoides en medicina regenerativa. Un primer paso importante».
Cuando los investigadores de Salk describieron brevemente sus experimentos en noviembre pasado en la reunión anual de la Sociedad de Neurociencia, los especialistas en bioética plantearon la cuestión de qué efectos podrían tener los organoides del cerebro humano en la inteligencia, la conciencia e incluso la identidad de los ratones. El problema. El artículo, publicado en Nature Biotechnology, detalla cómo los organoides humanos se integraron con éxito en el cerebro del ratón y aborda uno de los problemas: al menos en las pruebas realizadas por científicos, los ratones con organoides de cerebro humano parecían no ser diferentes ni más inteligentes. que los ratones de laboratorio estándar.
Desde que se fabricaron los primeros organoides del cerebro humano a partir de células madre en 2022, los científicos los han hecho formar estructuras similares a las del cerebro fetal, generando docenas de diferentes tipos de células cerebrales y desarrollando anomalías que conducen a trastornos neurológicos, como el síndrome de Timothy. Los investigadores esperan que estos organoides revelen mejor que las células en animales de laboratorio o en cultivo cómo se desarrolla normalmente el cerebro humano y cuándo las cosas van mal, e identifiquen posibles objetivos terapéuticos o de edición del genoma.
La receta básica toma células madre humanas, las diferencia en células cerebrales y luego las deja crecer en entidades de unos pocos milímetros de ancho, imitando la versión completa de la estructura, las poblaciones celulares e incluso la actividad eléctrica.
Pero los organoides del cerebro humano tienen una fidelidad limitada: una vez que crecen más allá de unos pocos milímetros, el oxígeno y los nutrientes no pueden llegar a sus células más internas. «En nuestras manos, los organoides dejaron de crecer alrededor de las cinco semanas», dijo Fred Gage de Salk, quien dirigió el estudio. «Es una función del tamaño más que del tiempo. A partir de las 10 semanas, vimos algo de muerte celular incluso en los bordes de los organoides y, con el tiempo, esto se volvió muy dramático. Esto es muy bueno para los estudios a largo plazo. Obvia desventaja «si el objetivo es realizar un seguimiento del desarrollo del cerebro durante más de uno o dos trimestres prenatales, que es la etapa en la que los organoides cerebrales actuales comienzan a marchitarse. Los organoides del cerebro humano se implantan en cerebros de ratones, dándoles todo lo que necesitan para crecer y desarrollarse.
Entonces, el equipo de Salk trasplantó organoides de cerebro humano que habían crecido en placas de laboratorio durante 31 a 50 días en cerebros de ratón (más de 200 hasta la fecha), de los cuales extrajeron un pequeño trozo de tejido para hacer espacio. Debido a que las células humanas están modificadas genéticamente para expresar la proteína verde fluorescente, las diminutas motas aparecen en color cal brillante a través de ventanas transparentes que los científicos pegaron en los cráneos de los ratones.
Se tomaron alrededor del 80% de los implantes. Dentro de 2 a 12 semanas, los organoides comenzaron a producir más neuronas, incluidas las que se encuentran en regiones muy específicas de la corteza humana, células gliales, incluidos los astrocitos, y células madre neurales. A los 14 días, casi todos los organoides habían formado una rica red de vasos sanguíneos que transportaban nutrientes y oxígeno, lo que les permitía sobrevivir hasta 233 días. Su estructura y madurez celular son las mismas que en los recién nacidos.
Los organoides implantados también enviaron axones, los cables biológicos que transmiten señales cerebrales de una neurona a otra, a ambos lados del cerebro del ratón, no solo al lado de la ventana, y para conectarse con los nervios del ratón. Los elementos forman sinapsis tan fuertes que el la actividad neuronal de las dos especies está sincronizada.
«Cuando las neuronas disparan juntas, significa que están conectadas entre sí y [engage in] La diafonía», dijo Abed Mansur de Salk, autor principal del artículo, forma una «red neuronal».
Sin embargo, para todas las mezclas de humanos y ratones, los roedores no eran mejores para aprender que los animales con solo cerebro de ratón. Los científicos colocaron a los ratones en una plataforma circular con 20 agujeros en el borde, los guiaron suavemente hasta un agujero que conducía a un túnel de escape y luego probaron su memoria dejándolos intentarlo por sí mismos. (Otros agujeros son callejones sin salida). El primer día de la prueba, los ratones con los organoides de cerebro humano cometieron menos errores y encontraron el agujero correcto con más frecuencia, pero esa ventaja desapareció el segundo día.
En cuanto a las pruebas de comportamiento, «solo estamos arañando la superficie», dijo Gage. «Creo que es demasiado pronto para dar una respuesta sólida a esta importante pregunta». Señaló que la prueba del agujero de escape es muy específica: «No puedo descartar otros efectos conductuales en este momento».
Republicado con permiso de STAT.Este artículo apareció originalmente el 16 de abril de 2022.
