Científicos cultivaron tejido cerebral humano en ratones para estudiar trastornos neurológicos
Un equipo de la Universidad de Stanford logró que los injertos desarrollaran vasos sanguíneos, actividad eléctrica y conexiones funcionales, con potencial para investigar autismo, epilepsia y demencia
El estudio de los trastornos cerebrales que se originan antes del nacimiento podría avanzar considerablemente tras el desarrollo de un nuevo método para cultivar tejido cerebral humano fuera del organismo.
Investigadores de la Universidad de Stanford cultivaron tejido cortical humano dentro de ratones modificados genéticamente. En tres meses, el tejido humano llegó a ocupar más del 90% del volumen de la corteza cerebral para crear un modelo destinado a estudiar enfermedades neurológicas y psiquiátricas.
El injerto desarrolló vasos sanguíneos, actividad eléctrica y conexiones con el sistema nervioso del animal, incluidas proyecciones que alcanzaron la médula espinal.
El experimento buscó superar una limitación de los organoides cerebrales, pequeñas estructuras tridimensionales cultivadas en laboratorio: carecen de irrigación sanguínea, estímulos sensoriales y músculos sobre los cuales ejercer control. Esas condiciones dificultan reproducir cómo se desarrolla el cerebro humano y qué procesos se alteran durante una enfermedad.
Los resultados del estudio, publicados en Nature, se obtuvieron con ratones cuya corteza cerebral e hipocampo no llegaron a formarse en gran medida. Los científicos denominaron a estos animales ratones apalliales, una referencia a la ausencia de buena parte de las regiones corticales. La corteza cerebral es la capa más externa del cerebro, a la que se atribuyen gran parte de nuestras funciones cognitivas superiores, como el lenguaje, la atención y la toma de decisiones, explicó un comunicado de la universidad.
Sergiu Pașca, neurocientífico de la Universidad de Stanford y responsable del trabajo, explicó que la modificación no convirtió a los animales en humanos: “El punto más importante es que siguen siendo ratones”.
“Poseen un sistema nervioso, órganos sensoriales y estructuras subcorticales de ratón. Lo inusual es que la mayor parte del tejido cortical presente en estos animales es de origen humano y que las neuronas humanas crecen, se integran y forman conexiones funcionales con el resto del sistema nervioso del ratón”, añadió el científico.
El momento en que se realizó la investigación —días después del nacimiento de las crías de ratón, cuando ya se ha formado la estructura cerebral básica— también garantiza que las células humanas no puedan asumir el pensamiento complejo, afirmó a Nature Madeline Lancaster, neurobióloga del desarrollo de la Universidad de Cambridge, Reino Unido, quien no participó en el estudio.
Incluso las pruebas de comportamiento demostraron que el tejido humano no mejoró la inteligencia de los roedores. “El objetivo aquí no es, obviamente, crear un ratón superinteligente, ni lo sería”, señaló. Y dijo que el objetivo es tener tejido cerebral humano dentro de un cuerpo realista “para poder empezar a usarlo para comprender la neurobiología humana y las enfermedades neurológicas humanas”.
Los investigadores trasplantaron organoides corticales humanos a algunos ratones poco después de su nacimiento. A esos animales los llamaron ratones xenocorticales, es decir, ratones con tejido cortical procedente de otra especie.
Durante los meses posteriores, los injertos crecieron junto con los animales y se expandieron por el espacio cortical disponible. A los seis meses, el tejido humano seguía siendo inmaduro desde el punto de vista del desarrollo: se parecía aproximadamente a una corteza humana de mitad de gestación y no presentaba las capas organizadas de una corteza adulta.
Pese a esa inmadurez, el modelo produjo tipos de neuronas que los científicos no habían logrado generar con facilidad en otros sistemas. Entre ellas figuraban las neuronas extratelencefálicas de la capa 5, células de proyección de largo alcance que suelen conectar la corteza con regiones distantes del sistema nervioso.
También aparecieron células semejantes a las neuronas de von Economo, neuronas alargadas y poco comunes presentes en áreas específicas del cerebro humano. Estas células no habían sido detectadas en un experimento anterior del mismo equipo, que en 2022 trasplantó organoides corticales humanos a ratas recién nacidas.
En aquel trabajo, las neuronas humanas maduraron, se integraron en el cerebro de las ratas y respondieron a información sensorial obtenida por los bigotes de los animales. Sin embargo, las neuronas humanas se desarrollan mucho más lentamente que las de los roedores y ambos sistemas competían por el mismo espacio.
Pașca sostuvo que aún no se sabe por qué el cerebro del ratón favorece la aparición de estas neuronas. Una posibilidad es que el acceso a objetivos distantes del sistema nervioso aporte señales difíciles de reproducir en un organoide aislado; otra, que el entorno vivo suministre factores de crecimiento, actividad neuronal, vascularización e interacciones con células circundantes.
