Cuando grupos de neuronas humanas cultivadas en laboratorio se trasplantan a ratas recién nacidas, crecen con los animales. La investigación plantea algunas preguntas éticas difíciles.
por Jessica Hamzelou
Las neuronas humanas trasplantadas en el cerebro de una rata continúan creciendo, formando conexiones con las propias células cerebrales de los animales y ayudando a guiar su comportamiento, según ha demostrado una nueva investigación.
En un estudio publicado hoy en la revista Nature, grupos de células cerebrales humanas cultivadas en laboratorio se trasplantaron a cerebros de ratas recién nacidas. Crecieron y se integraron con los propios circuitos neuronales de los roedores, y finalmente constituyeron alrededor de una sexta parte de sus cerebros. Estos animales podrían usarse para aprender más sobre los trastornos neuropsiquiátricos humanos, dicen los investigadores detrás del trabajo.
“Es un importante paso adelante en el progreso hacia [la comprensión y el tratamiento] de las enfermedades cerebrales”, dice Julian Savulescu, bioético de la Universidad Nacional de Singapur, que no participó en el estudio. Pero el desarrollo también plantea cuestiones éticas, dice, particularmente en torno a lo que significa “humanizar” a los animales.
Sergiu Pașca de la Universidad de Stanford ha estado trabajando durante más de una década con organoides neuronales: pequeños grupos de neuronas, cultivadas en un plato, que se asemejan a regiones específicas del cerebro. Estos organoides a menudo se crean a partir de células de piel humana, que primero se convierten en células madre. Luego, se puede estimular a las células madre para que formen neuronas en el laboratorio, en las condiciones adecuadas. Los organoides resultantes se pueden utilizar para estudiar cómo se disparan y se comunican las células cerebrales, y cómo funcionan mal en algunos trastornos.
Pero no hay mucho que un grupo de células en el laboratorio pueda decirte. Cuando se trata de eso, estas células en realidad no replican lo que está sucediendo en nuestros cerebros, razón por la cual Pașca y muchos otros en el campo evitan el término de uso común “mini-cerebros” . Las células organoides no pueden formar las mismas conexiones complejas. Tampoco disparan de la misma manera. Y no son tan grandes como las células de nuestro cerebro. “Incluso cuando mantuvimos las neuronas humanas durante cientos de días… nos dimos cuenta de que las neuronas humanas no crecen hasta el tamaño al que crecería una neurona humana en un cerebro humano”, dice Pașca.
También es imposible decir cómo los cambios en las neuronas en el laboratorio pueden provocar síntomas de un trastorno neuropsiquiátrico. Si las células en un plato muestran un cambio en su forma, la forma en que disparan o las proteínas que producen, ¿qué significa eso para la memoria o el comportamiento de una persona, por ejemplo?
Para solucionar estos problemas, Pașca y sus colegas trasplantaron organoides en el cerebro de ratas vivas, específicamente, ratas recién nacidas. Los cerebros de los animales muy jóvenes experimentan un extenso crecimiento y recableado a medida que se desarrollan. Las neuronas trasplantadas en una etapa tan temprana deberían tener la mejor oportunidad de integrarse con los propios circuitos cerebrales de las ratas, razonó Pașca.
Construyendo organoides cerebrales
El equipo usó organoides hechos de células de la piel. Estas células se transformaron en células madre en el laboratorio antes de ser estimuladas a formar capas de células que se asemejan a las de la corteza cerebral humana, la parte exterior doblada del cerebro que contiene las regiones responsables del pensamiento, la visión, la audición, la memoria y la percepción del entorno. , entre otras cosas. Este proceso tomó alrededor de dos meses en el laboratorio.
Los organoides tridimensionales resultantes se inyectaron luego en los cerebros de ratas de días de edad a través de una incisión en el cráneo. Los organoides se trasplantaron a la corteza sensorial, una región que desempeña un papel en ayudar a los animales a sentir su entorno.
En cuatro meses, los escáneres cerebrales mostraron que los organoides habían crecido alrededor de nueve veces su volumen original y formaban alrededor de un tercio de un hemisferio cerebral. Las células parecían haber formado conexiones con células cerebrales de rata y se habían incorporado a circuitos cerebrales.
“Plantea la posibilidad de que estés creando una rata mejorada que podría tener capacidades cognitivas mayores que una rata común”.
Julian Savlescu, bioeticista de la Universidad Nacional de Singapur
Las células en sí tenían un tamaño mucho más parecido al de las neuronas en los cerebros humanos: seis meses después de ser trasplantadas, eran alrededor de seis veces más grandes que las que habían crecido en un plato. “Son absolutamente inmensos”, dice Pașca. Los experimentos en las células sugieren que disparan de manera similar a las del cerebro humano. “Las células acaban de pasar a otro nivel de maduración”, dice Pașca.
Su integración en los propios circuitos cerebrales de las ratas fue lo suficientemente completa como para permitirles controlar el comportamiento de los animales. En otro experimento, el equipo activó específicamente a las células humanas para que se dispararan utilizando optogenética, una técnica que consiste en iluminar con luz las células cerebrales que han sido editadas genéticamente para que respondan a la luz. Al hacer esto, los investigadores pudieron influir en la frecuencia con la que las ratas buscaban una recompensa.
“Es un estudio muy importante… muy interesante”, dice Yun Li, genetista molecular de la Universidad de Toronto, que no participó en la investigación. “El hecho de que hayan tenido éxito en muchos de estos experimentos es bastante extraordinario”.
Pașca espera que el estudio de los organoides del cerebro humano en ratas pueda ayudar a los investigadores a comprender las enfermedades humanas. En otro experimento, su equipo creó organoides utilizando células extraídas de personas con síndrome de Timothy, un raro trastorno genético que afecta el cerebro y el corazón. Estas neuronas se veían diferentes a las sanas y también parecían funcionar de manera diferente. El equipo de Pașca actualmente está probando nuevos tratamientos potenciales para el síndrome en estas ratas.
“[El modelo de rata] brinda mucha información”, dice Jeantine Lunshof, filósofa y especialista en ética del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard. “Aumenta la utilidad de los organoides cerebrales para la enfermedad del cerebro humano”.
100% rata?
Pero, ¿las ratas con células cerebrales humanas siguen siendo ratas? Depende de a quién le preguntes. Pașca, Li y Lunshof creen que sí. Los animales no mostraron signos de cognición mejorada ni comportamientos similares a los humanos, dice Pașca. Y el cerebro humano es increíblemente complejo, mucho más que el cerebro de una rata, incluso uno con un trozo de células humanas, dice Lunshof.
Pero Savulescu señala que, al menos a nivel de células, las ratas ya no son completamente ratas. “La pregunta es: ¿cuáles serían los criterios para un cambio de especie?” dice Lunshof. Existe cierto acuerdo en que sería necesario un cambio en la cognición o el comportamiento.
Savulescu no tiene preocupaciones éticas sobre este estudio, porque solo se implantó una pequeña porción de células, y se colocaron en una parte del cerebro que se ocupa de la detección del entorno, en lugar de la conciencia.
Pero en el futuro, los científicos deberían ser conscientes de las posibles implicaciones de implantar organoides más grandes en otras regiones del cerebro. “Plantea la posibilidad de que estés creando una rata mejorada que podría tener capacidades cognitivas mayores que una rata común”, dice.
Fuente: https://www.technologyreview.com/2022/10/12/1061204/human-brain-cells-transplanted-baby-rats-brains/
