Secondo uno studio, strutture in miniatura simili al cervello umano trapiantate nei ratti possono inviare segnali e rispondere a segnali ambientali rilevati dai baffi dei topi . Questa dimostrazione che i neuroni cresciuti da cellule staminali umane possono interfacciarsi con le cellule nervose nei roditori vivi potrebbe portare a un modo per testare le terapie per i disturbi del cervello umano.
Cervelli ibridi: l’etica del trapianto di neuroni umani negli animali.
Gli scienziati vorrebbero utilizzare gli organoidi cerebrali, minuscole strutture simili a cervelli cresciute da cellule staminali umane, per studiare i disturbi neurodegenerativi e neuropsichiatrici che gli esseri umani sviluppano. Ma gli organoidi imitano il cervello umano solo fino ad ora. Non sviluppano vasi sanguigni e quindi non possono ricevere nutrienti, il che significa che non prosperano a lungo. E non ottengono la stimolazione di cui hanno bisogno per crescere completamente: nel cervello di un bambino umano, la crescita dei neuroni e il modo in cui sviluppano le connessioni con altri neuroni si basano in parte sull’input dei sensi.
Per dare agli organoidi cerebrali questa stimolazione e supporto, il neuroscienziato Sergiu Pasca della Stanford University in California e i suoi colleghi hanno coltivato le strutture dalle cellule staminali umane e poi le hanno iniettate nel cervello dei cuccioli di ratto appena nati, con l’aspettativa che le cellule umane crescessero insieme a le stesse cellule dei topi. Il team ha posizionato gli organoidi in una regione del cervello chiamata corteccia somatosensoriale, che riceve segnali dai baffi dei ratti e da altri organi sensoriali e poi li trasmette ad altre regioni del cervello che interpretano i segnali.
I cervelli coltivati in laboratorio possono diventare coscienti?
Le cellule cerebrali umane maturano molto più lentamente delle cellule di ratto, quindi i ricercatori hanno dovuto aspettare più di sei mesi affinché gli organoidi si integrassero completamente nel cervello di ratto. Ma quando hanno esaminato il cervello degli animali alla fine di quel periodo, hanno visto che l’integrazione aveva avuto un tale successo che era quasi come aggiungere “un altro transistor a un circuito”, ha detto Pasca in una conferenza stampa del 10 ottobre.
Paola Arlotta, biologa molecolare dell’Università di Harvard a Cambridge, Massachusetts, è entusiasta dei risultati. “È un passo importante per consentire agli organoidi di dirci proprietà più complesse del cervello”, afferma, anche se pensa che la procedura di trapianto sia probabilmente ancora troppo costosa e complessa per diventare uno strumento di ricerca standard. Il prossimo passo, aggiunge Arlotta, sarà capire come i singoli neuroni umani, non solo organoidi completamente sviluppati, siano integrati nel cervello di ratto.
Attivazione del comportamento
Nel loro rapporto, pubblicato su Nature il 12 ottobre , i ricercatori descrivono come hanno modificato geneticamente i neuroni negli organoidi per attivarsi quando stimolati con la luce di un cavo in fibra ottica incorporato nel cervello dei topi . Il team ha addestrato i topi a leccare un beccuccio per ricevere l’acqua mentre la luce era accesa. Successivamente, quando i ricercatori hanno puntato la luce sui cervelli ibridi, ai topi è stato chiesto di leccare il beccuccio, il che significa che le cellule umane si erano integrate abbastanza bene da aiutare a guidare il comportamento degli animali. Inoltre, quando i ricercatori hanno spinto i baffi dei topi, hanno scoperto che le cellule umane nella corteccia sensoriale si attivavano in risposta, suggerendo che le cellule erano in grado di raccogliere informazioni sensoriali.
Per dimostrare la promessa del loro lavoro per lo studio dei disturbi cerebrali, Pasca e i suoi colleghi hanno anche creato organoidi cerebrali dalle cellule staminali di tre persone con una condizione genetica chiamata sindrome di Timothy, che può causare sintomi simili ad alcuni visti nell’autismo. Le minuscole strutture sembravano le stesse di qualsiasi altro organoide cerebrale cresciuto in un piatto, ma quando i ricercatori le hanno trapiantate nei ratti, non sono cresciute tanto quanto gli altri e i loro neuroni non si sono attivati allo stesso modo.
Rusty Gage, neuroscienziato presso il Salk Institute for Biological Studies di La Jolla, in California, è felice di vedere questi risultati. Nel 2018, lui e un team di ricercatori hanno scoperto che gli organoidi cerebrali umani trapiantati potrebbero essere integrati nel cervello di topi adulti 2 . I topi non vivono quanto i topi e Pasca ei suoi colleghi speravano che, poiché i cervelli dei cuccioli di ratto appena nati sono più plastici di quelli degli animali adulti, sarebbero stati in grado di ricevere meglio le nuove cellule. “Abbiamo sfide là fuori per noi”, dice Gage. “Ma credo che la procedura di trapianto sarà uno strumento prezioso”.
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Alcune delle sfide sono etiche. Le persone sono preoccupate che la creazione di ibridi roditori-umani possa danneggiare gli animali o creare animali con cervelli simili a quelli umani. L’anno scorso, un gruppo organizzato dalle accademie nazionali di scienze, ingegneria e medicina degli Stati Uniti ha pubblicato un rapporto concludendo che gli organoidi del cervello umano sono ancora troppo primitivi per diventare coscienti, raggiungere un’intelligenza simile a quella umana o acquisire altre capacità che potrebbero richiedere una regolamentazione legale. Pasca afferma che i trapianti di organoidi del suo team non hanno causato problemi come convulsioni o deficit di memoria nei ratti e non sembravano cambiare significativamente il comportamento degli animali.
Ma Arlotta, un membro del panel delle National Academies, afferma che potrebbero sorgere problemi con l’avanzare della scienza. “Non possiamo discuterne una volta e lasciare che sia”, dice. Aggiunge che le preoccupazioni sugli organoidi umani devono essere soppesate rispetto ai bisogni delle persone con disturbi neurologici e psichiatrici. Gli organoidi cerebrali e i cervelli ibridi uomo-animale potrebbero rivelare i meccanismi alla base di queste malattie e consentire ai ricercatori di testare terapie per condizioni come la schizofrenia e il disturbo bipolare. “Penso che come società abbiamo la responsabilità di fare tutto il possibile”, afferma Arlotta.
Tratto da nature del 12 Ottobre 2022
