Un “cerebro” humano en el cuerpo de una rata

La diferencia entre un órgano y un organoide es su complejidad. Un órgano del cuerpo humano es un conjunto de células dispuestas en tejidos que coordinan su actividad para llevar a cabo una función. Sin embargo, es extremadamente complicado mantener órganos funcionales con vida, como han demostrado los trabajos en trasplantes, que requieren de equipos de expertos. Por ello, en la investigación científica se utilizan modelos simplificados que permiten realizar experimentos durante tiempos largos y controlando todas las condiciones para obtener los resultados más robustos posibles.

No tan sencillo

Los modelos celulares simples son útiles para ciertos experimentos, pero en el cuerpo humano se pueden producir interacciones inesperadas entre diferentes tipos celulares de los tejidos presentes en los órganos. Para suplir estas carencias nacieron los organoides: cultivos celulares compuestos por diferentes tipos celulares que conviven en la misma placa de cultivo o en una matriz 3D similar a la gelatina. Al aumentar la complejidad de estos organoides, se pueden reproducir con mayor fidelidad las condiciones del cuerpo humano y, por tanto, averiguar el efecto que pueden tener diferentes fármacos con exactitud. Dichos organoides pueden ser de prácticamente cualquier órgano del cuerpo humano, incluso cerebrales, y ayudan a comprender mejor los mecanismos de creación y recuperación de los circuitos neuronales.

Estos organoides cerebrales, aunque tienen poco más que el tamaño de una lenteja, exhiben comportamientos complejos, como por ejemplo sincronizar pulsos eléctricos con las neuronas de alrededor, es decir, que pueden llegar a “comunicarse” con sus compañeras para llevar a cabo una acción. Para explorar los mecanismos que permiten a estos organoides este alto nivel de plasticidad, científicos de la universidad de Pensilvania han ido un paso más allá y han tratado de buscar la integración de uno de estos organoides provenientes de células pluripotentes humanas en un cerebro de rata lesionado.

Un cerebro dentro de otro cerebro

Para llevar a cabo el experimento, los organoides se desarrollaron en un cultivo de laboratorio durante unos 80 días. Una vez maduros, los injertaron en cerebros de ratas adultas que habían sufrido lesiones en la corteza visual para ver si se integraban. Al cabo de unos tres meses observaron que los organoides habían crecido en tamaño y número de neuronas, habían formado vasos sanguíneos propios y habían creado sinapsis -uniones neuronales- con las neuronas de la rata, es decir, se había producido una integración del tejido dentro del animal.

Al equipo le sorprendió la rapidez con la que se produjo la integración, según explicó el autor principal del artículo, H. Isaac Chen, médico y profesor adjunto de Neurocirugía de la Universidad de Pensilvania: “No esperábamos ver este grado de integración funcional tan pronto, ha habido otros estudios sobre el trasplante de células individuales que muestran que incluso 9 o 10 meses después de trasplantar neuronas humanas a un roedor, aún no están completamente maduras”. Por ello se centraron en trasplantar tejido completo, no solo células individuales. Este trasplante de tejido era necesaria para después poder observar neuronas individuales dentro del organoide y así comprender mejor la integración de las neuronas humanas dentro del cerebro de la rata.

Virus saltarines

Para comprender cómo se relacionaban unas neuronas y otras, el equipo utilizó virus marcados con fluorescencia que son capaces de saltar de neurona a neurona, siguiendo las sinapsis. Así, fueron capaces de seguir el “cableado” existente entre el cerebro del roedor y el organoide y demostrar que eran capaces de unirse e integrarse. Pero lo que más interesaba a los científicos era si estas células eran capaces de llevar a cabo alguna función y descubrieron que sí, que incluso reaccionaban a estímulos visuales que recibía el animal. Para ello, los investigadores utilizaron sondas de electrodos capaces de medir la actividad de neuronas individuales dentro del organoide cuando los animales eran expuestos a luces parpadeantes y barras blancas y negras alternantes. Gracias a esto, descubrieron que no sólo podrían integrarse en el sistema visual, sino que eran capaces de adoptar funciones muy específicas ”.

Estudios como este muestran la plasticidad neuronal a niveles nunca observados anteriormente y allanan el camino para futuros tratamientos ante enfermedades neurodegenerativas o lesiones neuronales de todo tipo. Todavía queda mucho camino por hacer, ya que los modelos animales son muy distintos de los humanos, pero artículos como este son una fuente de esperanza para todos aquellos pacientes con daños cerebrales que, de momento, no tienen cura.

QUE NO TE LA CUELEN

• Las nuevas técnicas de cultivo avanzadas permiten hacer verdaderas virguerías con el tejido neuronal. Esto plantea ciertos problemas éticos, porque si se pueden registrar impulsos ciertos impulsos cerebrales en respuesta a estímulos, ¿dónde se encuentra el límite entre un organoide cerebral y un ser sintiente con el que se está experimentando? Es una cuestión que los comités de bioética deberán afrontar en un futuro cercano.

REFERENCIAS (MLA)

• Cell Stem Cell, Jgamadze et al. ‘Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system,’ https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00004-8