Establecen insólitas conexiones sinápticas con las neuronas del ratón después de recibir estímulos visuales

Organoides humanos implantados en ratones responden a los estímulos visuales de la misma forma que lo hace el roedor y establecen insólitas conexiones sinápticas con sus neuronas. Se confirma así por primera vez la presencia de sinapsis humano-ratón.

Un equipo de ingenieros y neurocientíficos ha demostrado por primera vez que los organoides cerebrales humanos implantados en ratones establecen una conectividad funcional con la corteza cerebral de los roedores y responden de la misma forma ante los estímulos sensoriales externos.

Los organoides implantados reaccionaron a los estímulos visuales de la misma manera que los tejidos del cerebro del ratón, una observación que los investigadores pudieron hacer en tiempo real durante varios meses gracias a una innovadora configuración experimental que combina por un lado matrices de microelectrodos de grafeno transparentes y por otro lado imágenes de dos fotones.

El equipo, dirigido por Duygu Kuzum, miembro de la facultad del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de California en San Diego, detalla sus hallazgos en la revista Nature Communications, según se informa en un comunicado.

Organoides humanos

Un organoide es una masa de tejido diminuta tridimensional creada en el laboratorio mediante el cultivo de células madre (células que dan origen a otros tipos de células) que forma versiones en miniatura de tejidos como el hígado, el intestino, el cerebro o ciertos tipos de cáncer, y son muy prometedores para la ciencia.

Ya se ha descubierto, por ejemplo, que los “mini cerebros” cultivados en laboratorio maduran de manera muy similar a los cerebros de los bebés humanos: se guían por un reloj interno casi idéntico y podrían propiciar importantes avances contra distintas enfermedades.

También se ha comprobado que organoides cerebrales creados a partir de células madre pluripotentes son capaces de generar ojos de manera espontánea: forman estructuras sensoriales primitivas sensibles a la luz que son “copas ópticas” formadas por células similares a las que se encuentran en el cuerpo humano.

Nueva tecnología

Sin embargo, hasta ahora, ningún equipo de investigación había podido demostrar que los organoides del cerebro humano implantados en la corteza cerebral de un ratón podían compartir las mismas propiedades funcionales que el cerebro del receptor y reaccionar a los estímulos sensoriales de la misma manera.

Esto se debe a que las tecnologías utilizadas para registrar la función cerebral son limitadas y a que, por lo general, no pueden registrar la actividad que dura solo unos pocos milisegundos.

El equipo de esta nueva investigación, en la que también participaron investigadores del laboratorio de Anna Devor en la Universidad de Boston, del laboratorio de Alysson R. Muotri en UC San Diego, y del laboratorio de Fred H. Gage en el Instituto Salk, pudo resolver este problema.

Lo consiguieron mediante el desarrollo de experimentos que combinan conjuntos de microelectrodos hechos de grafeno transparente e imágenes de dos fotones, una técnica de microscopía que puede obtener imágenes de tejido vivo de hasta un milímetro de espesor.

Conexiones sinápticas

Estos hallazgos sugieren que los organoides habían establecido conexiones sinápticas con el tejido de la corteza circundante del cerebro del ratón tres semanas después de la implantación, y que recibieron información funcional del cerebro del ratón. La presencia de sinapsis humano-ratón quedó meridianamente comprobada.

Hay que aclarar al respecto que, si bien las neuronas de los ratones y de los humanos son muy parecidas, hay una diferencia fundamental entre sus cerebros: los roedores poseen diez veces menos interneuronas que los cerebros humanos, según confirmó una investigación publicada este verano en la revista Science.

Las interneuronas son neuronas multipolares que crean redes o “microcircuitos” de información entre neuronas e interneuronas de la misma zona neuronal, lo que propicia un mayor rendimiento del cerebro, respecto a otras especies.

Aunque este estudio no ha tenido en cuenta las interneuronas, ha demostrado sin embargo que la integración funcional y morfológica de los organoides cerebrales humanos implantados en la corteza de los ratones puede prolongarse incluso hasta diez semanas.

Los próximos pasos incluyen experimentos todavía más largos que involucran modelos de enfermedades neurológicas, así como la incorporación de imágenes de calcio en la configuración experimental para visualizar la actividad de picos en las neuronas organoides, destacan los científicos.

También se podrían usar otros métodos para rastrear las proyecciones axonales entre el organoide y la corteza del ratón, concluyen los investigadores.

Referencia

Multimodal monitoring of human cortical organoids implanted in mice reveal functional connection with visual cortex. Madison N. Wilson et al. Nature Communications volume 13, Article number: 7945 (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-35536-3

Fuente: levante-emv.com