Investigadores de Stanford han conseguido que tejido cerebral humano en ratones crezca, se integre y establezca conexiones funcionales con su sistema nervioso. El nuevo modelo podría facilitar el estudio de alteraciones relacionadas con la epilepsia, la esquizofrenia, el autismo profundo o la parálisis cerebral y ayudar a probar en el futuro posibles tratamientos.
Estudiar cómo se desarrolla el cerebro humano y qué sucede cuando aparecen determinadas enfermedades sigue siendo uno de los grandes retos de la neurociencia. Ahora, un equipo liderado por la Universidad de Stanford ha desarrollado un modelo experimental que permite observar tejido cerebral humano cultivado en laboratorio dentro de un organismo vivo. Los investigadores trasplantaron organoides corticales humanos a ratones modificados genéticamente para que desarrollaran apenas una pequeña parte de su corteza y su hipocampo. El tejido humano sobrevivió, creció y estableció conexiones con otras regiones del sistema nervioso de los animales. El trabajo también ha contado con participación del Basque Center on Cognition, Brain and Language, en España.
Un nuevo modelo
Para hacer posible el experimento, los científicos desarrollaron unos ratones en los que se había impedido la formación de aproximadamente el 98% del tejido cortical y del hipocampo habitual. A pesar de esta ausencia, los animales podían sobrevivir y presentaban un comportamiento relativamente similar al de otros ratones, aunque mostraban pequeñas diferencias de coordinación y memoria.
“Estos modelos ofrecen una oportunidad única para estudiar cómo las alteraciones asociadas a una enfermedad se manifiestan en circuitos cerebrales humanos”.
Cuando tenían dos días de vida, recibieron organoides corticales creados a partir de células humanas. Cada fragmento contenía alrededor de 100.000 células y fue colocado en el espacio dejado por la corteza que no se había desarrollado. Tres meses después, el tejido humano había crecido considerablemente y representaba más del 90% del tejido cortical presente en el cerebro de los animales.
Además de sobrevivir, las células humanas comenzaron a formar circuitos y conexiones funcionales con neuronas del ratón e incluso con la médula espinal. Los científicos encontraron también distintos tipos de células características del cerebro humano, entre ellas las llamadas neuronas de von Economo, muy poco frecuentes y que hasta ahora no habían logrado desarrollarse de esta forma en cultivos de laboratorio.
Los investigadores denominan a estos animales ratones xenocorticales. Sergiu Pasca, responsable del estudio, insiste en que no se trata de ratones con un “cerebro humano” ni de cerebros humanos en miniatura: mantienen su propio sistema nervioso, pero incorporan tejido cortical humano capaz de desarrollarse e integrarse en él.
Un innovador modelo cerebral acerca el estudio de enfermedades como la epilepsia o la parálisis cerebral
Estudiar enfermedades
La principal ventaja del modelo es que permite observar procesos del desarrollo cerebral humano que son extremadamente difíciles de investigar directamente. Hasta ahora, los organoides cultivados en placas de laboratorio permitían reproducir determinados tipos celulares, pero carecían de factores como riego sanguíneo, señales sensoriales, conexiones motoras y algunas condiciones necesarias para que las células maduren.
Como primera prueba, el equipo expuso algunos de los ratones a un periodo de falta de oxígeno. El tejido cerebral humano resultó mucho más vulnerable que el tejido del propio ratón, reproduciendo una característica relevante del cerebro humano en desarrollo. La falta de oxígeno durante el embarazo o alrededor del nacimiento puede contribuir a problemas neurológicos como la parálisis cerebral y aumentar el riesgo de epilepsia.
El objetivo es poder utilizar en el futuro células procedentes de pacientes para crear tejido que conserve sus particularidades genéticas y observar cómo determinadas alteraciones afectan a las células y los circuitos cerebrales. El modelo podría ayudar así a estudiar enfermedades como la esquizofrenia, la epilepsia, el autismo profundo o la parálisis cerebral, además de servir para investigar posibles estrategias terapéuticas.
“Estos modelos ofrecen una oportunidad única para estudiar cómo las alteraciones asociadas a una enfermedad se manifiestan en circuitos cerebrales humanos”, explica Pasca. El investigador subraya, no obstante, que la técnica no sustituirá a otros modelos de investigación, sino que pretende cubrir procesos que actualmente resultan difíciles de reproducir. El avance ofrece así una nueva ventana para entender mejor cómo se forma el cerebro humano y qué ocurre cuando su desarrollo se altera.
Fuente:Nature
