Los ‘mini-cerebros’ creados en laboratorio ahora pueden imitar la actividad neuronal en bebés prematuros

Durante más de una década, los científicos han estado tratando de hacer crecer órganos humanos, incluidos riñones, hígado, piel y tripas, desde cero. Estos «organoides» no son órganos funcionales completamente formados, sino versiones en miniatura que ayudan a los investigadores a simular diversas enfermedades y probar tratamientos.

Suena como la vulgaridad de una película de serie B, pero ahora los científicos han desarrollado un cerebro en miniatura con una actividad neuronal similar a la de un bebé prematuro. Los esfuerzos anteriores han convertido las células madre en colecciones de neuronas similares al cerebro, pero hasta ahora nadie ha demostrado que la actividad cerebral pueda imitar la actividad real. Los organoides que funcionan como cerebros reales podrían ayudar a los científicos a estudiar una variedad de trastornos neurológicos y psiquiátricos, como la epilepsia, los accidentes cerebrovasculares y la esquizofrenia.

Para hacer crecer sus organoides, un equipo de la Universidad de California en San Diego utilizó células madre pluripotentes inducidas por humanos. Estas son células extraídas de la piel o la sangre de un adulto que han sido reprogramadas en células madre que luego pueden convertirse en casi cualquier célula del cuerpo, como células renales o células hepáticas, o, como en el nuevo estudio, en la corteza Neuronas, las partes del cerebro que controlan el pensamiento y el comportamiento complejos. Los científicos lograron esta transformación sumergiendo las células madre en una solución que contenía la combinación correcta de factores de transcripción, moléculas que dirigen el desarrollo fetal al regular cómo se activan o desactivan los genes. Los investigadores de UC San Diego perfeccionaron este proceso al desarrollar un cóctel de crecimiento que permitió que sus mini-cerebros se desarrollaran por más tiempo que los estudios anteriores. De los cientos de organoides corticales que cultivaron, muchos seguían vivos casi un año después.

A medida que se desarrollaban los organoides, el equipo usó pequeños electrodos para medir cualquier actividad eléctrica que produjeran. Después de solo dos meses, los investigadores detectaron actividad de ondas cerebrales dispersas en aproximadamente una sola frecuencia, muy similar a lo que se ve en los cerebros humanos inmaduros. A los 10 meses, cuando cada organoide tenía aproximadamente el tamaño de un guisante, la actividad del mini-cerebro cambió en un rango de frecuencias diferentes y se volvió más regular, como la construcción de nuevas neuronas en un cerebro humano maduro. Lo mismo cuando se conecta. El hallazgo significa que, a través del desarrollo, los organoides están construyendo sinapsis funcionales, las conexiones entre las neuronas que les permiten comunicarse y generar movimiento, sensación y pensamiento.

«El aspecto más emocionante es ver [so] Gran parte de la actividad proviene de una pequeña parte del cerebro humano», dijo Alysson Muotri, bióloga de la Universidad de California en San Diego, autora principal del nuevo estudio. A estas alturas, la mayoría de los científicos dirían, en el laboratorio, que no Tal resultado es posible.

En muchas enfermedades neurológicas y psiquiátricas, el cerebro está físicamente intacto, pero los circuitos neuronales deteriorados pueden provocar enfermedades, explicó Muotri. Él cree que los organoides corticales podrían ayudar a los científicos a estudiar tales trastornos del cableado neuronal, incluidos el autismo, la epilepsia y la esquizofrenia.

«Estos son hallazgos muy interesantes», dijo Christof Koch, científico jefe y director del Instituto Allen para la Ciencia del Cerebro en Seattle. científico americanodel consejo asesor, no participó en el estudio. «El campo está creciendo muy rápido, pero es mucho más de lo que la gente ha hecho hasta ahora. Es genial».

El potencial clínico de los organoides corticales es enorme, dijo Koch. Se pueden usar para modelar enfermedades y probar varias terapias, al tiempo que reducen la necesidad de sujetos humanos y animales en ensayos en etapa inicial. System1 Biosciences, con sede en San Francisco, está haciendo exactamente eso, con la esperanza de desarrollar nuevos tratamientos para las enfermedades cerebrales. Además, Koch cree que los organoides se pueden usar para reemplazar el tejido cerebral perdido o dañado. «En principio, si pierde una parte de su cerebro por algo como un derrame cerebral, un disparo o demencia, los organoides podrían usarse para reemplazar ese tejido y volver a aprender la función cerebral», dijo.

El investigador de organoides Jürgen Knoblich, que no participó en el nuevo trabajo, está de acuerdo en que los nuevos hallazgos son un paso importante hacia la identificación más efectiva de tratamientos prometedores dignos de investigación en animales y humanos. Sin embargo, «también debemos tener cuidado al interpretar experimentos como este», advierte. «Algunos científicos se muestran escépticos acerca de las comparaciones con cerebros fetales humanos reales». los datos dimensionales fueron más informativos explicar el problema.

Hacer crecer el órgano más complejo del ser humano en un pequeño plato de plástico, el asiento de nuestros pensamientos, personalidades y comportamientos, puede ser moralmente inquietante para muchos. Pero por ahora, a Koch no le preocupan demasiado las implicaciones éticas obvias de hacer crecer algo cerca del cerebro: «Para ser claros, nadie va a confundir esto con el cerebro real», dijo. «a ellos [almost certainly] no pueden sentir nada», porque carecen de las neuronas que sienten el dolor y los circuitos que lo procesan. Señaló que los organoides no tienen suministro de vasos sanguíneos, por lo que no pueden crecer mucho más que los del estudio Muotri.

Sin embargo, este límite puede cambiar a medida que los ingenieros de células madre puedan generar «cerebros» cada vez más grandes. ¿Qué pasa si empiezan a sentirlo? ¿Estarán tristes? ¿O, peor aún, con dolor? ¿Como sabemos?

«Una vez que estás consciente, ya no eres un objeto; eres un sujeto. Los científicos deben hacer esto de una manera que evite cualquier sufrimiento a menos que sirva para algo más elevado, como una pequeña cura para el cáncer. modelo de ratón», dijo Koch, quien aboga por menos daño a los animales porque están conscientes y pueden sentir dolor.

en la pelicula clasica de 1983 hombre con dos cerebros, El neurocirujano de Steve Martin, Michael Hruher, se enamora de un cerebro incorpóreo en un frasco llamado Annie. Sin embargo, a Knoblich no le preocupa que este drama al estilo de Frankenstein suceda pronto. Él cree que los organoides corticales se utilizarán para imitar diferentes aspectos de la función cerebral, en lugar de imitar todo el cerebro. «Cualquier sugerencia de que estos organoides alcanzarán la complejidad del cerebro humano real es, en mi opinión, engañosa y exagera los peligros de lo que considero un campo muy emocionante», dijo.

Pero no hay duda de que a medida que avanza la tecnología de organoides, los comités de ética académica estarán ocupados durante bastante tiempo.