Una nueva investigación ha demostrado que las neuronas humanas trasplantadas en el cerebro de una rata continúan creciendo, formando conexiones con las células cerebrales de los animales y ayudan a formar su comportamiento.

En un estudio publicado recientemente en la revista Nature, se trasplantaron células cerebrales humanas cultivadas en laboratorio a cerebros de ratas recién nacidas. Allí crecieron y se integraron con los circuitos neuronales propios de los roedores, y terminaron constituyendo alrededor de una sexta parte de sus cerebros. Estos animales se podrían usar para aprender algo más sobre los trastornos neuropsiquiátricos humanos, según aseguran los investigadores del trabajo.

"Se trata de un importante paso adelante en el progreso hacia [la comprensión y el tratamiento] de las enfermedades cerebrales", opina Julian Savulescu, especialista en bioética de la Universidad Nacional de Singapur, quien no participó en el estudio. Pero este desarrollo también plantea algunas cuestiones éticas, señala, especialmente en torno a lo que significa "humanizar" a los animales.

El profesor de la Universidad de Stanford (EE UU) Sergiu Pașca ha estado trabajando durante más de una década con organoides neuronales: pequeños grupos de neuronas, cultivados en un plato de laboratorio, que se asemejan a algunas regiones específicas del cerebro. Estos organoides a menudo se crean a partir de las células de piel humana, que primero se convierten en células madre. Luego, en el laboratorio y bajo las condiciones adecuades, se estimula a estas células madre para que formen neuronas. Los organoides resultantes se pueden utilizar para estudiar cómo se activan y se comunican las células cerebrales, y por qué a veces fallan, dando lugar a trastornos.

Pero que un grupo de células en el laboratorio pueda mostrar gran cosa. En realidad, estas células no replican lo que ocurre en nuestros cerebros. Esa es la razón por la que Pașca y muchos otros investigadores del campo evitan usar el término coloquial "mini-cerebros". Las células organoidales no pueden formar las mismas conexiones complejas. Tampoco se activan 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 crecían hasta el tamaño al que crecería una neurona humana en un cerebro humano", afirma Pașca.

Tampoco es posible decir cómo los cambios en las neuronas en el laboratorio pueden provocar síntomas de un trastorno neuropsiquiátrico. Por ejemplo: qué significa para la memoria o el comportamiento de una persona que las células en una placa de laboratorio muestren cambios en su forma, en la manera en la que se activan o en las proteínas que producen.

Para solucionar estas cuestiones, Pașca y sus colegas trasplantaron sus organoides en el cerebro de ratas vivas, específicamente, en las ratas recién nacidas. Los cerebros de los animales muy jóvenes experimentan un gran crecimiento y nuevas conexiones a medida que se desarrollan. Las neuronas trasplantadas en una etapa tan temprana deberían tener la mejor posibilidad de integrarse con los circuitos cerebrales propios de las ratas, razonó Pașca.

Construyendo organoides cerebrales

El equipo usó organoides hechos de las células de la piel. Estas células se transformaron en células madre en el laboratorio antes de ser estimuladas para formar capas de células que se asemejan a las de la corteza cerebral humana, la parte exterior 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 ha tardado alrededor de dos meses en el laboratorio.

Los organoides tridimensionales resultantes se inyectaron luego, a través de una incisión en el cráneo, en los cerebros de las ratas que habían nacido solo unos días antes. Los organoides se trasplantaron a la corteza sensorial, la región que ayuda a los animales a conocer 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 creado conexiones con las células cerebrales de las ratas y se habían incorporado a sus circuitos cerebrales.

"Con esto se plantea la posibilidad de crear una rata mejorada que podría tener mayores capacidades cognitivas 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 mayores que las que habían crecido en un plato de laboratorio. "Son inmensas", según Pașca. Los experimentos en las células sugieren que se activan de manera similar a las del cerebro humano. "Las células acaban de pasar a otro nivel de maduración", indica.

Su integración en los circuitos cerebrales de las ratas fue suficientemente completa para permitirles controlar el comportamiento de los animales. En otro experimento, el equipo activó específicamente a las células humanas 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 hacerlo, los investigadores pudieron influir en la frecuencia con la que las ratas buscaban una recompensa.

"Es un estudio muy importante... muy interesante", opina Yun Li, genetista molecular de la Universidad de Toronto (Canadá), quien 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 distinta. El equipo de Pașca está probando actualmente nuevos posibles tratamientos para este síndrome en estas ratas.

"[El modelo de rata] brinda mucha información", resalta la filósofa y especialista en ética del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard (EE UU) Jeantine Lunshof. "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 se le pregunte. Pașca, Li y Lunshof creen que sí. Los animales no mostraron signos de cognición mejorada ni comportamientos similares a los humanos, explica Pașca. El cerebro humano es increíblemente complejo, mucho más que el cerebro de una rata, aunque sea una rata con unas cuantas células humanas, destaca Lunshof.

Pero Savulescu señala que, al menos a nivel celular, las ratas ya no son completamente ratas. "La pregunta es: ¿cuáles serían los criterios para un cambio de especie?" indica Lunshof. Existe cierto acuerdo en que sería necesario un cambio en la cognición o en el comportamiento.

Savulescu no tiene preocupaciones éticas sobre este estudio, porque solo se implantó un pequeño grupo de células, y se colocaron en una parte del cerebro que se ocupa de la detección del entorno, y no 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. "Con esto se plantea la posibilidad de crear una rata mejorada que podría tener mayores capacidades cognitivas que una rata común", concluye el experto en bioética.