Un equipo científico de la Universidad de Pensilvania (UPenn), liderado por el neurocirujano Isaac Chen, han demostrado que los organoides cerebrales —grupos de neuronas cultivadas en laboratorio— pueden integrarse en cerebros de ratas y responder a estímulos visuales como luces intermitentes. Los resultados del trabajo se presentan esta semana en la revista Cell Stem Cell.

Estudios previos ya habían probado que se podían integrar neuronas individuales humanas en cerebros de roedores y, más recientemente, se ha demostrado que los organoides cerebrales humanos pueden trasplantarse en ratas recién nacidas.

Sin embargo, aún está por explorar si estos injertos pueden integrarse funcionalmente en el sistema visual de cerebros adultos lesionados.

En lugar de estudiar el trasplante de organoides en el cerebro postnatal temprano intacto, como se había hecho en estudios previos, lo hemos realizado en el cerebro de una rata adulta , Isaac Chen, neurocirujano y líder del trabajo

Ahora, explica Chen a SINC, “en lugar de estudiar el trasplante de organoides en el cerebro postnatal temprano intacto, lo hemos hecho en el de una rata adulta, en el que se había formado una cavidad de lesión visual por aspiración. Se trata fundamentalmente de un modelo diferente que se centra en las lesiones cerebrales y en las estrategias de reparación”.

“También examinamos la corteza visual —subraya el investigador—, porque tiene múltiples niveles de respuestas neuronales que nos permiten determinar el grado de integración de los organoides con el cerebro huésped. Además de las respuestas a la luz intermitente, también observamos que un subconjunto de neuronas organoides respondía a orientaciones específicas de la estimulación luminosa. Esa función se denomina ‘selectividad de orientación’ y es una característica única y de orden superior de la corteza visual”.

Una arquitectura que se asemeja al cerebro

El equipo se centró no solo en trasplantar células individuales, sino tejido. “Los organoides cerebrales tienen una arquitectura que se asemeja al cerebro. Así pudimos observar neuronas individuales dentro de esta estructura para comprender mejor la integración de los organoides trasplantados”, asegura Chen.

Los investigadores cultivaron en el laboratorio neuronas derivadas de células madre humanas, durante unos 80 días, antes de injertarlas en los cerebros de las ratas adultas que habían sufrido lesiones en la corteza visual.

Al cabo de tres meses, los organoides injertados se habían integrado en el cerebro de los roedores: se vascularizaron, crecieron en tamaño y número, enviaron proyecciones neuronales y formaron sinapsis con las neuronas del huésped.

Vimos que un buen número de neuronas dentro del organoide respondían a orientaciones específicas de la luz, lo que evidencia que eran capaces de adoptar funciones muy concretas de la corteza visual, Isaac Chen

El equipo utilizó virus marcados con fluorescencia que saltaban a lo largo de las sinapsis, de neurona a neurona, para detectar y rastrear las conexiones físicas entre el organoide y las células cerebrales de la rata huésped. “Inyectando uno de estos marcadores víricos en el ojo del animal, pudimos rastrear las conexiones neuronales a partir de la retina», explica el investigador, “y el trazador consiguió llegar hasta el organoide”.

A continuación, los autores utilizaron sondas de electrodos para medir la actividad de las neuronas del organoide mientras las ratas eran expuestas a luces parpadeantes y barras blancas y negras alternas. “Vimos que un buen número de neuronas respondían a orientaciones específicas de la luz, lo que evidencia que estos organoides eran capaces no solo de integrarse con el sistema visual, sino de adoptar además funciones muy concretas de la corteza visual”, comenta Chen.

Grado sorprendente de integración en tres meses

Al equipo le sorprendió el nivel de incorporación de los injertos en solo tres meses. “No esperábamos ver este grado de integración funcional tan pronto”, afirma el líder del trabajo, “ha habido otros estudios sobre el trasplante de células individuales que muestran que incluso 9 o 10 meses después de trasplantar neuronas humanas a un roedor, aún no están completamente maduras”.

“Los tejidos neuronales podrían tener el potencial de reconstruir zonas del cerebro lesionado”, afirma Chen, quien adelanta: “No hemos descifrado todo, pero este es un primer paso muy sólido. Ahora queremos entender cómo se podrían utilizar los organoides en otras zonas del córtex, no solo en el visual, y llegar a comprender las reglas que guían la forma en que las neuronas organoides se integran en el cerebro para poder controlar mejor ese proceso y hacer que ocurra más rápidamente”.

Chen reconoce que esta investigación es aún muy experimental y que las expectativas son aún a largo plazo. “Creo que son necesarias mejoras en la composición celular y en la estructura de la versiones actuales de organoides, así como una mayor comprensión del proceso de integración, antes de que podamos pensar en una traslación real a los pacientes. Estamos al principio del camino, pero soy muy optimista sobre el potencial de esta estrategia”, concluye.

febrero 08/2023 (SINC)

Referencia:

Jgamadze et al. “Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system”. Cell Stem Cell, 2023

En un estudio publicado en la revista Nature (doi:10.1038/nature09880),  investigadores del University College London (UCL) británico describieron una técnica desarrollada en ratones que les permitía combinar información sobre las funciones de neuronas con detalles de sus conexiones.

El estudio forma parte de un área emergente de la investigación de la neurociencia conocida como \»connectomics\» o conectómica.

Un poco como la genómica, que crea un mapa de nuestras características genéticas, la conectómica aspira a cartografiar las conexiones del cerebro, conocidas como sinapsis.

Al aclarar y ser capaces de trazar un mapa de estas conexiones – y descifrar cómo fluye la información a través de los circuitos del cerebro – los científicos esperan entender cómo se generan los pensamientos y percepciones en el cerebro y cómo esas funciones fallan en enfermedades como el Alzheimer, la esquizofrenia y los ictus.

\»Estamos empezando a desentrañar la complejidad del cerebro\», dijo Tom Mrsic-Flogel, que dirigió el estudio.

\»Una vez que entendamos la función y conectividad de las neuronas que se extienden por diferentes capas del cerebro, podemos empezar a desarrollar una simulación informática de cómo funciona este admirable órgano\», explicó.

Sin embargo, dijo que se necesitarían muchos años de trabajo entre los científicos y una enorme potencia de procesamiento informático antes de poder hacerlo.

En un informe de su investigación, Mrsic-Flogel explicó que trazar un mapa de las conexiones cerebrales no es una hazaña pequeña: hay una cifra estimada de 100 000 millones de neuronas en el cerebro, cada una conectada a miles de otras neuronas, sostuvo, lo que hace una cifra estimada de 150 billones de sinapsis.

\»¿Cómo averiguamos el funcionamiento del conjunto de circuitos neural del cerebro? Primero tenemos que entender la función de cada neurona y averiguar con qué otras células cerebrales conecta\», declaró.

En su estudio, el equipo de Mrsic-Flogel se centró en la visión e investigó la corteza visual del cerebro del ratón, que contiene miles de neuronas y millones de conexiones diferentes.

Usando técnicas de procesamiento de imágenes de alta resolución, pudieron detectar cuáles de estas neuronas respondían a un estímulo particular.

Tomando una parte del mismo tejido, los científicos aplicaron entonces pequeñas corrientes a subconjuntos de neuronas para ver con qué otras neuronas respondían y cuáles de ellas estaban conectadas por medio de la sinapsis.

Repitiendo esta técnica muchas veces, pudieron rastrear la función y conectividad de cientos de neuronas en la corteza visual.

Usando este método, el equipo espera empezar a generar un diagrama de conexiones de una zona del cerebro con una función particular, como la corteza visual. La técnica debería ayudarles también a cartografiar las conexiones de regiones que corresponden al tacto, el oído y el movimiento.
Londres, abril 11/2011 (Reuters)

Los lectores del dominio *sld.cu, tienen acceso al texto completo de este artículo a través de Hinari. Nature. Functional specificity of local synaptic connections in neocortical networks. Publicado en línea abril 10/2011.

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