Trapiantati “mini-cervelli” umani nei ratti: riescono a cambiare il loro comportamento

L’organoide, coltivato da cellule staminali in vitro, è maturato e integrato nella corteccia cerebrale dei roditori appena nati.

 

 

Un team di ricercatori guidato dalla Stanford University (California, USA) è riuscito a trapiantare un organoide cerebrale umano, una sorta di ‘minicervello’ a base di cellule staminali in vitro, nella corteccia cerebrale dei ratti appena nati. L’organoide umano innestato è cresciuto, maturato e integrato con successo nei circuiti neurali del roditore, influenzando il suo comportamento.

Gli scienziati spiegano sulla rivista Nature che il loro esperimento può aiutare a capire l’evoluzione delle malattie neuropsichiatriche come la schizofrenia, qualcosa di impossibile da capire in un piatto di laboratorio.

I ricercatori hanno innestato gli organoidi nella corteccia somatosensoriale – l’area responsabile della ricezione e dell’elaborazione delle informazioni sensoriali, come il tatto, da tutto il corpo – di giovani ratti, i cui circuiti neurali non sono erano ancora completamente formati. In questo modo i neuroni umani possono svilupparsi e interagire con quelli dell’ospite.

I ricercatori hanno scoperto che l’architettura tissutale negli organoidi innestati non replicava accuratamente quella di un normale cervello umano. Ad esempio, gli organoidi non adottavano la struttura stratificata osservata nella corteccia umana e mancavano di alcuni tipi di cellule.

Tuttavia, i loro neuroni erano molto più grandi, più elaborati e più altamente connessi di quanto si veda normalmente negli organoidi in coltura.

“Sono cresciuti molto fino a coprire un terzo dell’emisfero del cervello del ratto, sei volte più grande che nella placca”, spiega Sergiu Paşca, ricercatore a Stanford e co-autore dello studio.

Però “c’è una limitazione della specie”, dice Paşca: le cellule organoidi si sono sviluppate all’interno del ratto a ritmo umano. Ci vogliono circa undici giorni per sviluppare la corteccia di un ratto e circa 146 giorni per la corteccia umana.

L’efficienza del trapianto era elevata (oltre l’80%), così come la sopravvivenza dell’ospite dopo un anno (oltre il 70%). I roditori scelti mancavano di un sistema immunitario funzionale, per garantire che non avrebbero rifiutato il tessuto umano.

Ma la cosa più interessante è che il team ha dimostrato, con una tecnica chiamata optogenetica, che consente di esprimere proteine sensibili alla luce, che i neuroni umani potrebbero influenzare il comportamento di ricerca della ricompensa dei ratti.

Gli autori hanno stimolato i neuroni umani nei ratti che venivano addestrati a leccare un getto per ottenere acqua come ricompensa. Hanno scoperto che stimolando i neuroni con una luce hanno spinto il ratto a leccare, mentre i ratti che non avevano ricevuto il trapianto non lo hanno fatto.

In questo modo, i neuroni umani sono coinvolti nel processo di apprendimento dei ratti.

“Quello che hanno fatto è incredibile”, dice Víctor Borrell, professore di ricerca e direttore di laboratorio presso l’Istituto di Neuroscienze di Alicante. “Questi organoidi sono stati coltivati in laboratorio per anni, anche nel nostro, ma trapiantarli nel cervello di un animale vivente e ottenere neuroni per stabilire contatti sinaptici con quelli del cervello ospite è impressionante. Questi contatti funzionano, il topo li usa”.

I ricercatori hanno anche coltivato gli organoidi da cellule staminali di persone che avevano la sindrome di Timothy, una rara malattia neurologica causata da una mutazione di un gene che causa aritmie cardiache e disturbi comportamentali simili all’autismo.

“Le malattie neuropsichiatriche sono un problema in tutto il mondo. Vogliamo capire la loro biologia, quindi creare modelli del cervello umano che non siano invasivi è uno dei modi più promettenti per cercare di capire queste condizioni”, afferma Paşca.

Gli autori ritengono che questa ricerca possa rappresentare un’opportunità eccezionale per lo studio delle malattie neurologiche e un nuovo sistema per testare le terapie.

Per Borrell, questo “cervello chimerico” potrebbe avere implicazioni promettenti nella terapia cellulare per malattie come il Parkinson, l’Alzheimer o la degenerazione maculare. 

“Una persona malata potrebbe fare una biopsia cutanea e usare le proprie cellule per creare un organoide che potrebbe essere trapiantato nel proprio cervello, con le cellule ringiovanite, senza i problemi genetici che l’invecchiamento porta”, dice.

Ma la ricerca solleva anche molte questioni etiche relative, ad esempio, all’ottenimento di biomateriali umani e al consenso dei donatori. Inoltre, solleva questioni cruciali, come ad esempio se un organoide possa avere coscienza e status morale.

“I ricercatori hanno l’obbligo di stabilire confini etici. È qualcosa che ci preoccupa molto. Una tecnologia può essere meravigliosa, ma abusarne può diventare un’aberrazione, come nel caso delle ragazze cinesi geneticamente modificate con CRISPR”, afferma Borrell.

“Con queste nuove tecniche, se ti vengono trapiantati neuroni da qualcuno molto bravo in matematica, sarai anche tu molto bravo a fare calcoli? Dubito che sia così semplice, ma la scienza ci sorprende”.

Anche Lluis Montoliu, ricercatore presso il National Center for Biotechnology, mette in guardia sulle implicazioni etiche di questo esperimento: “Solleva aspetti etici rilevanti, che devono essere presi in considerazione e discussi in future procedure simili, generando in qualche modo cervelli in questi animali che sono parzialmente ibridi tra neuroni del ratto e neuroni del paziente utilizzati nel processo”.

Fonte: ABC