• Se espera que este enfoque sirva para impulsar nuevas investigaciones sobre la epilepsia, la esquizofrenia y las discapacidades intelectuales

Esta es una traducción hecha por El Diario de la nota Transplant of human brain tissue into rats could help study autism, other disorders, original de The Washington Post.

En un trabajo que podría aumentar nuestra comprensión sobre los trastornos cerebrales y permitir el descubrimiento de nuevos medicamentos para tratarlos, los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford trasplantaron tejido cerebral humano en ratas, y se convirtió en una parte funcional de sus cerebros.

El estudio, publicado en la revista Nature, tardó siete años en completarse e involucró extensas discusiones éticas sobre el bienestar animal y otros temas. Las aplicaciones más inmediatas del estudio involucrarán la investigación de condiciones como el autismo, la epilepsia, la esquizofrenia y las discapacidades intelectuales.

El tejido cerebral humano implantado se creó en el laboratorio utilizando una técnica que le permite a los científicos convertir las células de la piel en el equivalente de las células madre embrionarias, las células a partir de las cuales se desarrollan todas las demás a medida que crece el embrión. En el laboratorio, los científicos pueden direccionar estas células por el camino del desarrollo, cultivándolas en cualquiera de los 200 o más tipos de células en el cuerpo humano.

Con el uso de jeringas, los científicos inyectaron tejido cerebral humano en los cerebros de crías de ratas de dos o tres días de edad. Luego, las células cerebrales de la rata migraron al tejido humano y formaron conexiones, incorporando las células humanas en la maquinaria de su cerebro.

“No eliminamos esa parte del cerebro de la rata. Esencialmente, lo que sucede es que el tejido de la rata se aparta”, explicó Sergiu Pasca, profesor de psiquiatría y ciencias del comportamiento en Stanford, quien dirigió el estudio.

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El tejido cerebral humano medía aproximadamente medio centímetro cuando se trasplantó, pero se expandió y a los seis meses representaba aproximadamente un tercio del hemisferio del cerebro de la rata. El cerebro está organizado en dos hemisferios: derecho e izquierdo, y cada uno es responsable de diferentes funciones.

En lo profundo del cerebro de la rata, las células humanas y las del roedor se conectaron en el tálamo, el área crítica responsable del sueño, la conciencia, el aprendizaje, la memoria y el procesamiento de información de todos los sentidos, excepto del olfato.

“En general, creo que este enfoque es un paso adelante para esta área de investigación y ofrece una nueva forma de comprender los trastornos” que involucran el mal funcionamiento de las células cerebrales, manifestó Madeline A. Lancaster, líder de grupo en el Laboratorio de Biología Molecular del Consejo de Investigación Médica en Cambridge, Inglaterra, quien no participó en el estudio.

“Éticamente, puede haber preocupaciones sobre el bienestar de los animales y, al igual que todos los experimentos con animales, los beneficios siempre deben sopesarse frente a los riesgos para el animal”, indicó Lancaster. “Pero no me preocuparía si los trasplantes humanos hacen que el animal se vuelva más ‘humano’, ya que el tamaño de estos trasplantes es pequeño y todavía falta su organización general”.

Pasca dijo que los investigadores tuvieron discusiones extensas con especialistas en ética sobre el bienestar animal en preparación para los experimentos. Detalló que las ratas en el estudio no mostraron signos de ansiedad ni hubo evidencia de que sufrieran dolor o convulsiones.

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Al pionero japonés de las células madre, Yoshiki Sasai, se le atribuye el desarrollo del primer organoide neuronal en 2008, pero este ha tenido un impacto limitado porque carecía del sistema de vasos que transportan la sangre por todo el cuerpo, apuntó Lancaster. Este déficit hizo que las células organoides se estresaran y murieran.

Este estudio supera esta limitación al trasplantar organoides en el cerebro de rata donde los organoides pueden vascularizarse”, explicó Lancaster. “El resultado son estructuras, conexiones y actividad mucho más maduras del tejido trasplantado dentro de la rata.

En un experimento, el equipo de Stanford tomó células de la piel de una persona con una condición genética poco común llamada síndrome de Timothy, que tiene algunas de las características del autismo y la epilepsia y ha sido diagnosticada en menos de 100 personas en todo el mundo. Usando la capacidad de cambiar las células de la piel en otros tipos de células, los investigadores crearon organoides cerebrales del paciente y los implantaron en un lado del cerebro de la rata.

A modo de comparación, trasplantaron organoides de una persona sana al otro lado del cerebro de la misma rata. Descubrieron que luego de entre cinco y seis meses, las células del síndrome de Timothy eran más pequeñas y estaban involucradas en una actividad eléctrica muy diferente a la de las células cerebrales sanas.

“No estoy del todo sorprendido por los hallazgos, pero es genial”, dijo Bennett Novitch, miembro del Centro Broad de Medicina Regenerativa e Investigación de Células Madre de la Universidad de California en Los Ángeles, quien no participó en el estudio. En 2021, Novitch y sus colegas desarrollaron organoides que producían ondas cerebrales, los pulsos eléctricos que utilizan las células cerebrales para comunicarse entre sí.

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Dijo que los científicos de Stanford demostraron que los organoides del cerebro humano no solo pueden integrarse en el cerebro de la rata, sino que también pueden usarse para cambiar el comportamiento del animal.

En un experimento complejo, crearon grupos de células cerebrales humanas que se habían personalizado para que las neuronas individuales pudieran encenderse con una frecuencia específica de luz láser azul. Luego, esos grupos se inyectaron en cerebros de ratones y, después de tres meses, los científicos colocaron cables de fibra óptica ultrafinos en los cerebros de dichos animales para que los investigadores pudieran emitir luz azul.

Los ratones fueron colocados en cajas de vidrio con un pico de agua. Luego, los investigadores los condicionaron para que esperaran agua solo después de que sus cerebros hubieran recibido un pulso de luz azul. Los ratones llegaron a asociar la luz azul con la recepción de agua, lo que demuestra que las células humanas implantadas ahora estaban involucradas en la compleja maquinaria de búsqueda de recompensas dentro de sus cerebros.

“Este es un experimento muy difícil de hacer”, dijo Novitch.

Señaló, sin embargo, que el uso de ratones que tienen implantado tejido cerebral humano para probar medicamentos funcionaría en estudios pequeños, pero no para las compañías farmacéuticas debido a la rapidez y la escala que se requiere. 

Pasca espera enseñar a otros investigadores a usar las técnicas de su grupo para estudiar diferentes trastornos cerebrales.

“Hay suficientes problemas en la neurociencia para resolver durante los próximos años”, afirmó. “El desafío de comprender los trastornos psiquiátricos es enorme”.

Traducido por José Silva

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