Los cerebros en miniatura, del tamaño de un guisante se desarrollan a partir células madre pluripotentes humanas

Los científicos han creado cerebros en miniatura a partir de células madre que han desarrollaron redes neuronales funcionales. A pesar de ser un millón de veces más pequeños que los cerebros humanos, estos cerebros cultivados en laboratorio son los primeros en producir ondas cerebrales que se parecen a las de los bebés prematuros, según un estudio publicado en la revista 'Cell Stem Cell', que podría ayudar a los científicos a comprender mejor el desarrollo del cerebro humano.

"El nivel de actividad neuronal que estamos viendo no tiene precedentes in vitro --destaca Alysson Muotri, bióloga de la Universidad de California en San Diego--. Estamos un paso más cerca de tener un modelo que realmente pueda generar estas primeras etapas de una red neuronal sofisticada".

Los minicerebros, del tamaño de un guisante, llamados organoides cerebrales, se desarrollan a partir células madre pluripotentes humanas. Al ponerlos en una cultivo que imita el entorno del desarrollo del cerebro, las células madre se diferencian en diferentes tipos de células cerebrales y se autoorganizan en una estructura 3D que se asemeja al cerebro humano en desarrollo.

Los científicos han desarrollado con éxito organoides con estructuras celulares similares a las de los cerebros humanos. Sin embargo, ninguno de los modelos anteriores había desarrollado redes neuronales funcionales similares a las humanas. Las redes aparecen cuando las neuronas son maduras y se interconectan, y son esenciales para la mayoría de las actividades cerebrales.

"Se pueden usar organoides cerebrales para varias cosas, que incluyen comprender el desarrollo neurológico humano normal, el modelado de enfermedades, la evolución cerebral, la detección de drogas e incluso para informar la inteligencia artificial", apunta Muotri.

Muotri y sus colegas diseñaron un mejor procedimiento para cultivar células madre, incluida la optimización de la fórmula del medio de cultivo. Estos ajustes permitieron que sus organoides se volvieran más maduros que los modelos anteriores. El equipo cultivó cientos de organoides durante 10 meses y utilizó conjuntos de electrodos múltiples para controlar sus actividades neuronales.

El equipo comenzó a detectar destellos de ondas cerebrales en los organoides aproximadamente a los dos meses. Las señales eran escasas y tenían la misma frecuencia, un patrón visto en cerebros humanos muy inmaduros. A medida que los organoides continuaron creciendo, produjeron ondas cerebrales a diferentes frecuencias, y las señales aparecieron más regularmente. Esto sugiere que los organoides han desarrollado aún más sus redes neuronales.

"Este es el resultado de tener más sinapsis funcionales, y se están formando más conexiones entre las neuronas", explica Muotri. Las interacciones entre las neuronas contribuyen a las señales en varias frecuencias, dice.

Para comparar los patrones de ondas cerebrales de los organoides con los de los cerebros humanos al comienzo del desarrollo, el equipo entrenó un algoritmo de aprendizaje automático con ondas cerebrales registradas de 39 bebés prematuros entre seis y nueve meses y medio de edad. El algoritmo fue capaz de predecir cuántas semanas se desarrollaron los organoides en cultivo, lo que sugiere que estos organoides y el cerebro humano comparten una trayectoria de crecimiento similar.

Sin embargo, no es probable que estos organoides tengan actividades mentales, como la conciencia, puntualiza Muotri. "El organoide sigue siendo un modelo muy rudimentario: no tenemos otras partes y estructuras cerebrales. Por lo tanto, estas ondas cerebrales podrían no tener nada que ver con actividades en cerebros reales", precisa.

"Puede ser que en el futuro, obtengamos algo que esté realmente cerca de las señales en los cerebros humanos que controlan los comportamientos, los pensamientos o la memoria --añade Muotri--. Pero no creo que tengamos ninguna evidencia en este momento para decir que tenemos ninguno de esos".

Mirando hacia el futuro, el equipo tiene como objetivo mejorar aún más los organoides y usarlos para comprender las enfermedades asociadas con el mal funcionamiento de la red neuronal, como el autismo, la epilepsia y la esquizofrenia.

"Como científico, quiero acercarme más y más al cerebro humano --admite Muotri--. Quiero hacer eso porque veo lo bueno en ello. Puedo ayudar a las personas con afecciones neurológicas dándoles mejores tratamientos y una mejor calidad de vida. Pero depende de nosotros decidir dónde está el límite. Puede ser que la tecnología aún no está listo, o no sabemos cómo controlar la tecnología. Este es el mismo tipo de discusión sobre CRISPR en bebés, y es por eso que tenemos comités de ética para representar a todas las partes de la sociedad", concluye.