Insertan neuronas humanas en el cerebro de ratas para la investigación neuropsiquiátrica

Un equipo de investigadores de la facultad de medicina de Stanford ha conectado con éxito células nerviosas humanas vivas, es decir, neuronas, con el tejido cerebral de unas ratas para formar circuitos de trabajo híbridos y así poder realizar un estudio de trastornos del neurodesarrollo.

El estudio, publicado en la prestigiosa revista Nature, ha demostrado que el método utilizado por los investigadores es exitoso y poco invasivo. La técnica consiste en cultivar y manipular el tejido humano cerebral en un laboratorio e implantarlo en el cerebro todavía maleable de una rata joven, lo que permite a los científicos observar los efectos en el comportamiento del animal.

De acuerdo con Sergiu Pasca, autor principal del estudio y profesor de psiquiatría y ciencias del comportamiento en la Escuela de Medicina de Stanford, “ahora podemos estudiar el desarrollo saludable del cerebro, así como los trastornos cerebrales que se sabe que se arraigan en la etapa de desarrollo con un detalle sin precedentes; sin necesidad de extirpar tejido de un cerebro humano. También podemos usar esta nueva plataforma para probar nuevos medicamentos y terapias génicas para trastornos neuropsiquiátricos”.

El paso a paso

El equipo puso en marcha un método que ya había desarrollado el doctor Pasca en 2015. Transformaron células de la piel humana en células madre bajo condiciones muy estrictas de laboratorio y, a continuación, las modificaron para convertirlas en diferentes tipos de células cerebrales formando diferentes organoides (masa de tejido tridimensional creada en el laboratorio mediante el cultivo de células madre), que representan una docena de regiones del cerebro.

Tras dos meses en cultivo, se transfirieron organoides muy similares a la corteza cerebral humana a los cerebros de ratas jóvenes. Los colocaron en la misma zona del cerebro en todas las ratas para que su desarrollo fuese lo más parecido posible y fuese más fácil de monitorear. Tras esto, observaron como las células endoteliales (aquellas que se encuentran en el revestimiento interno de los vasos sanguíneos) de las ratas penetraron en los implantes y se ensamblaron en los vasos sanguíneos que suministran nutrientes y sustancias de señalización a las células humanas. Las células inmunitarias residentes en el cerebro de las ratas también poblaron el injerto humano.  

Los resultados

Los organoides implantados, además de sobrevivir, prosperaron y crecieron. Seis meses después ocupaban un tercio completo del hemisferio del cerebro de la rata en donde habían sido injertados. Además, formaron conexiones de trabajo con los circuitos del propio cerebro del animal y una de las estructuras cerebrales con las que las neuronas humanas forjaron conexiones directas fue el tálamo, una región profunda del cerebro que transmite múltiples entradas sensoriales a la corteza.

Pero ¿cómo se relaciona esta técnica con las enfermedades psiquiátricas? Los científicos trasplantaron un organoide generado a partir de células de la piel de un paciente con el síndrome de Timothy, una rara condición genética asociada con el autismo y la epilepsia, y lo compararon con las células generadas a partir de un individuo sano. Seis meses después comprobaron marcadas diferencias entre la actividad eléctrica de uno y otro y las que provenían de la persona con el síndrome eran mucho más pequeñas y defectuosas a la hora de desarrollar ramificaciones.

 

De acuerdo con el doctor Pasca, “hemos aprendido mucho sobre el síndrome de Timothy, pero solo con el trasplante pudimos ver estas diferencias relacionadas con la actividad neuronal”. Los investigadores quieren realizar comparaciones similares con otras enfermedades como la esquizofrenia o el autismo para aprender sobre cómo afectan al tamaño, la funcionalidad, la complejidad y la conectividad de las neuronas. “Este es el circuito cerebral humano más avanzado jamás construido a partir de células de piel humana y una demostración de que las neuronas humanas implantadas pueden influir en el comportamiento de un animal. Nuestra plataforma proporciona, por primera vez, lecturas del comportamiento de las células humanas y esperamos que pueda acelerar nuestra comprensión de las condiciones psiquiátricas complejas”, concluye el doctor Pasca.

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