Imagínese si partes del cerebro perdidas, degeneradas o enfermas pudieran volver a crecer en el laboratorio y trasplantarse para una nueva oportunidad de vida. Científicos de la Universidad de California en San Diego nos han acercado a esa realidad.
Los organoides corticales humanos (o ‘mini-cerebros’) trasplantados en ratones no solo se conectaron con el sistema vascular del huésped, sino que reaccionaron a los pulsos de luz que brillaban en los ojos de los sujetos de prueba de manera similar al tejido cerebral circundante.
En el transcurso de varios meses, los investigadores utilizaron un innovador sistema de imágenes para medir la actividad eléctrica en el organoide que indicaba una respuesta integrada a los estímulos visuales.
Es la primera vez que los científicos han podido confirmar conexiones funcionales en un organoide de cerebro humano trasplantado en tiempo real, en gran parte gracias a las mejoras en los implantes capaces de medir señales neurológicas sutiles en una escala fina.
“Prevemos que, más adelante, esta combinación de células madre y tecnologías de neurograbación se utilizará para modelar enfermedades en condiciones fisiológicas a nivel de circuitos neuronales, el examen de tratamientos candidatos sobre antecedentes genéticos específicos del paciente y la evaluación de organoides”. potencial para restaurar regiones cerebrales específicas perdidas, degeneradas o dañadas tras la integración”, los autores escribir.
El equipo de ingenieros y neurocientíficos, dirigido por el neuroingeniero Duygu Kuzum, desarrolló su nuevo sistema de registro para medir la actividad de las ondas cerebrales a nivel macro y micro al mismo tiempo.
La configuración utiliza microelectrodos flexibles y transparentes hechos de grafeno que se pueden implantar en ciertas partes del cerebro. Esta tecnología altamente afinada muestra con precisión los picos en la actividad neuronal tanto del organoide trasplantado como del tejido cerebral circundante a medida que ocurren.
Menos de un mes después del trasplante, los investigadores descubrieron que sus organoides humanos habían formado conexiones sinápticas funcionales con el resto de la corteza visual del ratón.
Dos meses después, el tejido extraño se había integrado aún más con el cerebro del huésped.
Estudios previos, algunos realizados por los mismos autores en UCSD, han demostrado que los minicerebros humanos implantados en ratones pueden conectarse a vasos sanguíneos que suministran oxígeno y nutrientes. Las neuronas también comienzan a madurar y autoorganizarse.
En 2019, por ejemplo, los científicos cultivaron células madre pluripotentes en una gota del tamaño de un guisante de dos millones de neuronas organizadas que sondearon su entorno en busca de conexiones vecinas.
Las células madre pluripotentes también forman la base de los organoides del cerebro humano. Tienen el potencial de diferenciarse en una amplia variedad de tejidos y órganos, pero solo si están bañados en el cóctel correcto de moléculas. Pero esa mezcla es increíblemente compleja y se basa en un momento muy específico, que los científicos aún están trabajando.
En 2021, los titulares llegaron a los titulares cuando un organoide cerebral comenzó a desarrollar estructuras oculares rudimentarias y, sin embargo, la viabilidad de lograr una “visión” funcional en un cerebro desarrollado en laboratorio aún está muy lejos.
Implantar un tejido cerebral humano cultivado a partir de células madre en una corteza visual desarrollada, por otro lado, podría ser un objetivo más realista. Los estudios han logrado esto antes en roedores, pero ha sido más difícil determinar si el injerto extraño está recibiendo activamente información funcional del resto del cerebro.
Los electrodos de metal convencionales no brindan un campo de visión claro al cerebro, lo que significa que los científicos tienen que quitar los electrodos para ver correctamente la corteza sensorial, y esto puede interferir con el éxito de un injerto de tejido.
Los electrodos transparentes ayudan a resolver ese problema. Usando una técnica de imágenes fluorescentes bajo el microscopio, los investigadores de la UCSD han demostrado que los pulsos de luz pueden estimular los organoides humanos trasplantados dentro del cerebro de un ratón.
“Prevemos que, más adelante, esta combinación de células madre y tecnologías de neurograbación se utilizará para modelar enfermedades en condiciones fisiológicas, examinar tratamientos candidatos en organoides específicos de pacientes y evaluar el potencial de los organoides para restaurar las células perdidas, degeneradas o dañadas. regiones del cerebro”, dice mi cordero
El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza.