Lesiones cerebrales en ratas "taponadas" con minicerebros humanos cultivados en laboratorio en un experimento pionero en el mundo
Según un nuevo estudio, se pueden utilizar modelos en miniatura cultivados en laboratorio de la superficie arrugada del cerebro humano para parchear lesiones en cerebros de ratas vivas y reparar así conexiones rotas en los sistemas de procesamiento sensorial de los roedores. Algún día, estos minicerebros -conocidos como organoides cerebrales- podrían utilizarse también para reparar cerebros de pacientes humanos, proponen los autores del estudio.
"Lo considero el primer paso en el desarrollo de una nueva estrategia para reparar el cerebro", afirma el Dr. Han-Chiao Isaac Chen (se abre en una nueva pestaña), autor principal del estudio y profesor adjunto de neurocirugía en la Facultad de Medicina Perelman de la Universidad de Pensilvania.
Con el tiempo, los organoides podrían utilizarse para restaurar la función cerebral tras una lesión traumática, una intervención quirúrgica invasiva o un ictus, o para ayudar a combatir los efectos de enfermedades neurodegenerativas, como el Parkinson, explicó Chen a Live Science. Sin embargo, aún faltan muchos años para que esta tecnología pueda aplicarse en seres humanos.
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En su nuevo estudio, publicado el jueves 2 de febrero en la revista Cell Stem Cell (se abre en una nueva pestaña), Chen y sus colegas demostraron que los organoides cerebrales cultivados a partir de células madre humanas pueden trasplantarse a la corteza visual de una rata lesionada, que es donde primero se envía la información de los ojos para su procesamiento.
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Cuando la luz incide en la retina, un mensaje eléctrico llega a la corteza visual "primaria", que empieza a analizar las características básicas de lo que tenemos delante. A continuación, esos datos se transmiten a la corteza visual "secundaria", que lleva el análisis un paso más allá. En el nuevo estudio, ratas adultas sufrieron una lesión importante en el córtex visual secundario y los investigadores utilizaron un organoide para tapar el agujero resultante en el cerebro.
En investigaciones anteriores, los científicos habían trasplantado células cerebrales individuales a roedores sanos de distintas edades y organoides a cerebros de roedores muy jóvenes sin lesiones; al trasplantar organoides a ratas mayores con lesiones, este estudio supone un paso más hacia el uso de organoides para reparar lesiones cerebrales, explica Chen.
El equipo cultivó sus organoides a partir de un tipo de célula madre humana que puede dar lugar a muchos tipos diferentes de células. Durante 80 días, los investigadores utilizaron señales químicas para inducir a estas células madre a formar grupos tridimensionales que contenían muchos, aunque no todos, los tipos de células que se encuentran en la corteza cerebral humana, la capa externa arrugada del cerebro. La corteza contiene seis capas distintas de tejido y, a los 80 días, los organoides cultivados en laboratorio presentaban capas similares, aunque algo rudimentarias.
"Esta estructura es muy importante para definir el funcionamiento real del cerebro", afirma Chen sobre la arquitectura tridimensional de los organoides. Sin embargo, aunque los cúmulos de tejido se parecen a una corteza cerebral real en muchos aspectos, "no son perfectos, ni mucho menos", añadió.
Para trasplantar cada organoide al cerebro de una rata, el equipo extrajo un trozo del cráneo de cada roedor, colocó el organoide en su interior y selló el orificio con una tapa protectora. Las ratas recibieron fármacos inmunosupresores durante y después del procedimiento, para evitar que su organismo rechazara el trasplante.
Durante los tres meses siguientes, los vasos sanguíneos de las ratas se infiltraron en los organoides y, a su vez, las células de éstos se entrelazaron físicamente con el resto del sistema de procesamiento visual de los roedores.
Los organoides crecieron ligeramente durante este tiempo, ganando nuevas células y extendiendo cables para conectarse a las células cerebrales de las ratas. Los investigadores trazaron estas nuevas conexiones con un trazador fluorescente que reveló que los organoides se habían conectado con éxito a la retina a través de esta red de cables. Además, los investigadores mostraron a las ratas estímulos visuales (luces parpadeantes y barras blancas y negras en una pantalla) y comprobaron que sus organoides se activaban en respuesta, como cabría esperar de una corteza visual intacta.
El equipo no realizó pruebas de visión ni de comportamiento a las ratas para investigar cómo cambiaba su capacidad de visión tras las lesiones o los procedimientos de trasplante. Los investigadores están trabajando ahora en esas evaluaciones. En el futuro, tienen previsto comprobar si los organoides pueden integrarse de forma similar en otras partes del cerebro, como la corteza motora, que controla el movimiento, y estudiar qué factores controlan la velocidad y el alcance de esa integración.
