Unos científicos trasplantan células cerebrales humanas en cerebros de ratones, un avance en la investigación

MIÉRCOLES, 12 de octubre de 2022 (HealthDay News) -- Unos investigadores comentan que trasplantaron con éxito tejido de cerebro humano en los cerebros de ratones, usando un procedimiento experimental de vanguardia. Consideran el logro como una promisoria frontera nueva en la investigación médica.

Unos grupos de células nerviosas humanas vivas se han integrado en los cerebros de ratas de laboratorio, creando unos circuitos cerebrales híbridos que se pueden activar mediante la información entrante a través de los sentidos de las ratas, reportaron los científicos el miércoles.

Además, los experimentos han mostrado que el tejido humano forma una conexión bidireccional dentro del cerebro de las ratas, y que también envía señales que pueden, potencialmente, alterar la conducta de las ratas, apuntaron los investigadores.

Este procedimiento transforma los cerebros de las ratas en laboratorios vivientes, que podrían revolucionar la investigación sobre los trastornos mentales y el desarrollo del cerebro de los humanos, aseguró el coautor del estudio, el Dr. Sergiu Pasca, profesor de psiquiatría y ciencias de la conducta de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, en California.

Por ejemplo, unos injertos de cerebro humano podrían ayudar en la evaluación temprana de medicamentos diseñados para tratar afecciones mentales, como la esquizofrenia, sugirió Pasca.

"Se pueden trasplantar células de pacientes en la rata, esperar a que se integren en el circuito, y entonces inyectar el medicamento experimental o el medicamento de interés a la rata", planteó Pasca. "Entonces, se puede ver si el medicamento alcanza su objetivo. ¿Cambia el defecto que se está evaluando?".

Este tipo de experimento no se puede realizar con humanos, pero podría proveer una información invaluable aplicable a ellos.

En la nueva investigación se evaluaron unos minúsculos cultivos celulares llamados organoides, que son creados en placas de laboratorio a partir de células madre.

Los organoides se pueden utilizar para recrear el tejido de cualquier órgano humano. Por ejemplo, el equipo de investigación de Pasca generó tejido perteneciente a más de una docena de distintas regiones del cerebro humano, como organoides, en el laboratorio.

Pero el valor investigativo de estos cultivos celulares ha sido limitado, porque no pueden desarrollarse hasta tener un tamaño completo en una placa, aclaró Pasca.

El tejido cerebral en una placa tampoco está conectado con, ni funciona dentro de, una criatura viva, lo que es esencial para estudiar las afecciones mentales, añadió.

"Los trastornos psiquiátricos se definen de forma conductual", dijo Pasca. "Entonces, cuando se encuentra un defecto en una célula en una placa, por ejemplo unas dendritas defectuosas o un número más bajo de sinapsis, ¿resultará esto en cambios en el circuito? ¿Afectará a la conducta? ¿Cómo provocaría enfermedad en un paciente? Esta es la motivación para que intentemos integrar estos cultivos en sistemas vivos".

Como parte de esta iniciativa, los investigadores trasplantaron unos organoides muy parecidos a la corteza cerebral humana en los cerebros de casi 100 crías de rata que tenían apenas de dos a tres días de edad.

Los cerebros de las ratas jóvenes aceptaron el tejido humano, formaron vasos sanguíneos para respaldar a los organoides y suplieron células inmunitarias para protegerlos de las enfermedades, encontraron los investigadores.

Con este respaldo, los organoides humanos implantados prosperaron, y al final cubrieron un tercio de uno de los hemisferios de los cerebros de las ratas.

"Crecen hasta ser unas seis veces más grandes de lo que crecería una neurona equivalente en una placa", apuntó Pasca. "Si se tiene un grupo de organoides, y trasplanta la mitad y la mitad siguen en una placa, si los compara tras 250 días, encontrará que las neuronas humanas trasplantadas son al menos seis veces más grandes".

Las neuronas humanas también se activaron en los cerebros de las ratas, y formaron conexiones funcionales con los circuitos propios de los roedores.

Por ejemplo, cuando los investigadores molestaron los bigotes de las ratas con soplidos de aire, las neuronas humanas de los cerebros de las ratas se activaron de forma sincrónica con el estímulo.

De hecho, la materia gris humana se integró lo suficientemente bien como para en realidad afectar a la conducta de las ratas de laboratorio, apuntaron los autores del estudio.

Para demostrarlo, los científicos implantaron organoides humanos que se modificaron para que respondieran a unas frecuencias específicas de la luz de un láser azul.

Durante un periodo de entrenamiento de 15 días, los investigadores administraron destellos de luz azul al azar mediante unos cables de fibra óptica ultradelgados directamente a los organoides implantados. Tras cada destello, se dio a las ratas agua de un minúsculo surtidor.

"Queríamos ver si podíamos enseñar a las ratas a asociar la entrega de una recompensa (en este caso, la administración de agua) con la estimulación de las neuronas humanas", explicó Pasca.

Al final del experimento, un pulso aleatorio de luz azul hacía que las ratas se apresuraran al surtidor, apuntó Pasca.

Estos híbridos de cerebro de humano/rata ya han provisto una nueva comprensión sobre el síndrome de Timothy, una rara afección genética que se asocia fuertemente con el autismo y la epilepsia, anotó el equipo.

Los científicos trasplantaron un organoide generado de las células de un paciente con síndrome de Timothy en un lado del cerebro de una rata de laboratorio, y del otro lado trasplantaron un organoide creado de una persona sana.

Al observarlo durante cinco a seis meses, los investigadores encontraron que el organoide con síndrome de Timothy al final tuvo unas neuronas mucho más pequeñas y una actividad eléctrica significativamente distinta, respecto al organoide sano.

Estos cambios y diferencias no se desarrollaron en las células que se mantuvieron en una placa, señaló Pasca, sino que requirieron que formara parte de un ser vivo con el fin de madurar hasta ese punto.

Los investigadores podrían encontrar unas diferencias similares en el desarrollo de organoides generados a partir de las células de personas con esquizofrenia o autismo, añadió Pasca.

Los hallazgos se publicaron en la edición del 12 de octubre de la revista Nature. Un comentario que se publicó junto con el artículo concurrió en que estos trasplantes plantean nuevos medios de investigar el cerebro humano.

"Las neuronas humanas son distintas de las de todas las demás especies, y las discrepancias en el ritmo de desarrollo de las neuronas de las ratas y de los humanos limitarán qué tan bien uno xenoinjertos de humano a roedor pueden reflejar la función del cerebro humano", aclaró el artículo, de dos investigadores suizos.

"Pero, de cualquier forma, la capacidad de producir unos tejidos neurales humanos maduros que se integran con su anfitrión provee unas emocionantes oportunidades para estudiar el desarrollo y la biología básica del circuito neural humano, además de representar un nuevo sistema para la evaluación de terapias para las en enfermedades neurológicas humanas", concluyó el comentario.

Más información

El Instituto de Células Madre de la Universidad de Harvard ofrece más información sobre los organoides.

Artículo por HealthDay, traducido por HolaDoctor.com

FUENTES: Sergiu Pasca, MD, professor, psychiatry and behavioral sciences, Stanford University School of Medicine, Stanford, Calif.; Nature, Oct. 12, 2022