Investigadores consiguen regenerar vías neuronales en ratones

Dos equipos de investigación independientes han regenerado con éxito circuitos cerebrales en ratones utilizando neuronas cultivadas a partir de células madre de rata. Ambos estudios, publicados en la revista Cell, ofrecen información sobre cómo se forma el tejido cerebral y presentan nuevas oportunidades para restaurar la función cerebral perdida debido a las enfermedades y el envejecimiento.  "Esta investigación ayuda a mostrar la flexibilidad potencial del cerebro al utilizar circuitos neuronales sintéticos para restaurar las funciones cerebrales", aporta Kristin Baldwin, profesora de la Universidad de Columbia en Nueva York (Estados Unidos) y autora correspondiente de uno de los dos artículos. El equipo de Baldwin restauró los circuitos neuronales olfativos del ratón, las neuronas interconectadas en el cerebro responsables del sentido del olfato y su función utilizando células madre de ratas. 

"Ser capaz de generar tejidos cerebrales de una especie dentro de otra puede ayudarnos a comprender el desarrollo y la evolución del cerebro en diferentes especies", incide Jun Wu, profesor asociado del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas (EE. UU.) y autor correspondiente del otro estudio. El equipo de Wu desarrolló una plataforma basada en CRISPR que podría identificar de manera eficiente genes específicos que impulsan el desarrollo de ciertos tejidos. Probaron la plataforma silenciando un gen necesario para el desarrollo del cerebro anterior en ratones y luego restauraron el tejido utilizando células madre de rata. 

Los ratones y las ratas son dos especies distintas que evolucionaron de forma independiente durante aproximadamente 30 millones de años. En experimentos anteriores, los científicos pudieron reemplazar el páncreas en ratones utilizando células madre de rata mediante un proceso llamado complementación de blastocistos. 

Pero, hasta la fecha, no se ha informado sobre la generación de tejidos cerebrales utilizando células madre de una especie diferente mediante la complementación de blastocistos. Ahora, utilizando CRISPR, el equipo de Wu probó siete genes diferentes y descubrió que eliminar Hesx1 podía generar de manera confiable ratones que no tenían prosencéfalo (la parte más voluminosa y compleja del cerebro).  
El equipo inyectó células madre de rata en blastocistos de ratones knockout para Hesx1 y las células de rata llenaron el nicho para formar un cerebro anterior en ratones.  

Los investigadores no probaron si el cerebro anterior de las células madre de rata cambiaba el comportamiento de los ratones. "Faltan pruebas de comportamiento para distinguir ratas de ratones", explica el profesor Wu. "Pero según nuestro experimento, parece que estos ratones con cerebro anterior de rata no se comportan de manera fuera de lo común". 

Segundo estudio

En el otro estudio, el equipo de Baldwin utilizó genes específicos para matar o silenciar las neuronas sensoriales olfativas de ratón utilizadas para el sentido del olfato y, además, inyectó células madre de rata en los embriones de los ratones. El modelo de silenciamiento imita lo que se observa en los trastornos del desarrollo neurológico, donde ciertas neuronas no pueden comunicarse bien con el cerebro. Además, el modelo de destrucción eliminó las neuronas por completo, simulando así las enfermedades degenerativas.  

Descubrieron que la complementación de blastocistos restauró los circuitos neuronales olfativos del ratón de manera diferente según el modelo. Cuando las neuronas de ratón estaban presentes pero silenciosas, las neuronas de rata ayudaron a formar regiones cerebrales mejor organizadas en comparación con el modelo de matanza. Sin embargo, cuando el equipo probó estas quimeras rata-ratón entrenándolas para encontrar una galleta escondida enterrada en una jaula, las neuronas de rata fueron mejores para rescatar comportamientos en el modelo de matanza. 

"Este resultado realmente sorprendente nos permite observar las diferencias entre esos dos modelos de enfermedad y tratar de identificar mecanismos que podrían ayudar a restaurar funciones en cualquier tipo de enfermedad cerebral", aporta Baldwin. Su equipo también probó la complementación de blastocistos en ratones enfermos utilizando células de ratones con sistemas olfativos normales. Demostraron que la complementación intraespecies rescató el hallazgo de galletas en ambos modelos. 

"En este momento, se están trasplantando a personas neuronas derivadas de células madre para la enfermedad de Parkinson y la epilepsia en ensayos clínicos. ¿Qué tan bien funcionará eso? ¿Y los diferentes orígenes genéticos entre el paciente y las células trasplantadas supondrán una barrera? Este estudio proporciona un sistema en el que podemos evaluar las posibilidades de complementación cerebral de la misma especie a una escala mucho mayor que un ensayo clínico", concluye Baldwin.  

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