“Mini cervelli” coltivati in laboratorio: producono schemi elettrici simili a quelli dei neonati prematuri

 

 

Le strutture potrebbero aiutare i ricercatori a studiare le prime fasi dei disturbi dello sviluppo del cervello, inclusa l’epilessia.

 

Per la prima volta i “mini cervelli” cresciuti in vitro hanno prodotto spontaneamente onde cerebrali simili a quelle umane, e i modelli elettrici sembrano simili a quelli visti nei bambini prematuri. Ciò potrebbe aiutare gli scienziati a studiare lo sviluppo precoce del cervello. La ricerca in questo campo è stata finora lenta, in parte perché è difficile ottenere campioni di tessuto fetale per l’analisi e perché è quasi impossibile esaminare un feto in utero. Molti ricercatori sono entusiasti di quanto promette lo studio di questi “organoidi” che, se cresciuti come culture 3D, possono sviluppare alcune delle strutture complesse viste nel cervello.

Ma questi progressi tecnologici sollevano anche domande sull’etica della creazione di organi in miniatura che potrebbero sviluppare coscienza. E offrire la possibilità di studiare le origini della coscienza. Secondo il neuroscienziato Christof Koch, presidente e direttore scientifico dell’Allen Institute for Brain Science di Seattle, Washington, “più ci si avvicina al bambino pretermine, più ci si dovrebbe preoccupare”. Ma al tempo stesso riconosce anche che potrebbe essere difficile sapere quando un organoide è cosciente, dal momento che i ricercatori non sono nemmeno d’accordo su come misurare la coscienza negli adulti o su quando appare nei bambini.

Il neuroscienziato Alysson Muotri, dell’Università della California, San Diego, e “creatore” di “mini-cervelli” replica che prenderebbe in considerazione la possibilità di interrompere il progetto se ci fossero prove che gli organoidi fossero diventati autocoscienti, ma in questo momento sono molto primitivi. “È una fase molto grigia e non credo che nessuno abbia una visione chiara dei potenziali di quanto stiamo studiando”. Il team di ricercatori guidato da Muotri ha indotto le cellule staminali umane a formare tessuti dalla corteccia, una regione del cervello che controlla la cognizione e interpreta le informazioni sensoriali. Hanno coltivato centinaia di organoidi cerebrali in coltura per 10 mesi e hanno testato singole cellule per confermare che esprimessero la stessa collezione di geni osservati nel cervello umano in via di sviluppo. Il gruppo ha presentato il lavoro al meeting di giugno della Society for Neuroscience a San Diego.

Schemi elettrici sorprendenti. Muotri e colleghi registrano continuamente schemi elettrici, o attività di elettroencefalogramma (EEG), sulla superficie del mini cervello. Dopo sei mesi di “vita”, gli ultimi organoidi inviavano impulsi a un ritmo più elevato rispetto agli altri organoidi cerebrali precedentemente creati, il che ha sorpreso il team.

Anche i tracciati EEG erano inaspettati. Nei cervelli maturi, i neuroni formano reti sincronizzate che si attivano con ritmi prevedibili. Ma gli organoidi mostravano schemi EEG irregolari che assomigliavano alle esplosioni caotiche di attività elettrica sincronizzata osservate nello sviluppo del cervello. Quando i ricercatori hanno confrontato questi ritmi con gli elettroencefalogrammi dei neonati prematuri, hanno scoperto che i modelli degli organoidi imitavano quelli dei neonati nati dopo 25–39 settimane dal concepimento. Ma avverte Muotri: “Gli organoidi non sono vicini ad essere veri cervelli umani. Non contengono tutti i tipi di cellule presenti nella corteccia e non si collegano ad altre regioni del cervello”. Il suo gruppo però sta ora lavorando per far crescere gli organoidi e vedere se continueranno a maturare. I ricercatori hanno anche in programma di esplorare se queste strutture funzionano come una corteccia normale, collegandole a organoidi che simulano altre parti del cervello o del corpo.

“Questo è molto intrigante e molto sorprendente”, afferma Hongjun Song, neuroscienziato dello sviluppo presso l’Università della Pennsylvania a Filadelfia. Sebbene il lavoro sia preliminare, aggiunge, le somiglianze con i modelli EEG dei neonati pretermine suggeriscono che gli organoidi potrebbero eventualmente essere utili per studiare i disturbi dello sviluppo del cervello, come l’epilessia o l’autismo. Song pensa anche che studiare come originano i pattern EEG in un organoide potrebbe aiutare i ricercatori a capire come emergono i ritmi EEG in un cervello umano in via di sviluppo.

C’è anche chi spegne gli entusiasmi: “Solo perché le onde cerebrali degli organoidi sembrano simili a quelle dei bambini prematuri non significa che stiano facendo la stessa cosa”, sostiene Sampsa Vanhatalo, neurofisiologo dell’Università di Helsinki che ha sviluppato il database di elettroencefalogrammi infantili con cui Muotri ha confrontato le misurazioni degli organoidi.

E dimostrare che sono proprio uguali sarà difficile perché i ricercatori sanno così poco su come sono collegati i cervelli dei bambini, tira le somme Arnold Kriegstein, un neurologo dell’Università della California. Negli organoidi potrebbero mancare componenti chiave che guidano i modelli EEG nel cervello reale. E così gli studi possono andare avanti fino a quando, EEG a parte, i “mini cervelli” non daranno segnali di coscienza. Il vero problema sarà allora.