Gli scienziati hanno trapiantato cellule cerebrali umane nel cervello di piccoli ratti nel tentativo di farlo gettare nuova luce su disturbi neurologici come autismo e schizofrenia.
Fa parte di uno sforzo per studiare meglio lo sviluppo del cervello umano e le malattie che colpiscono questo organo più complesso, che è stato a lungo avvolto nel mistero.
Le cellule cerebrali umane impiantate sono cresciute e hanno formato connessioni con il tessuto cerebrale dei ratti, integrandosi così bene da poter percepire i movimenti dei baffi e guidare il comportamento degli animali.
“Molti disturbi come l’autismo e la schizofrenia sono probabilmente unicamente umani”, ma “il cervello umano non è stato certamente molto accessibile”, ha affermato il dottor Sergiu Pasca, autore senior dello studio pubblicato mercoledì sulla rivista Nature.
Gli approcci che non implicano l’estrazione di tessuto dal cervello umano sono “promettenti strade nel tentativo di affrontare queste condizioni”.
La ricerca si basa sul lavoro precedente del team nella creazione di “organoidi” cerebrali, minuscole strutture che ricordano organi umani che sono state realizzate anche per rappresentare altri come fegati, reni, prostata o parti chiave di essi.
Per creare gli organoidi cerebrali, gli scienziati della Stanford University hanno trasformato le cellule della pelle umana in cellule staminali e poi le hanno persuase a diventare diversi tipi di cellule cerebrali.
Quelle cellule si sono poi moltiplicate per formare organoidi simili alla corteccia cerebrale, lo strato più esterno del cervello umano, che svolge un ruolo chiave in cose come la memoria, il pensiero, l’apprendimento, il ragionamento e le emozioni.
Gli scienziati hanno trapiantato quegli organoidi in cuccioli di ratto di due o tre giorni, una fase in cui le connessioni cerebrali si stanno ancora formando.
Gli organoidi sono cresciuti in modo tale che alla fine hanno occupato un terzo dell’emisfero del cervello del topo dove sono stati impiantati. I neuroni degli organoidi formavano connessioni funzionanti con i circuiti nel cervello.
I neuroni umani sono stati trapiantati in roditori in precedenza, ma generalmente in animali adulti, di solito topi.
Pasca, professore di psichiatria presso la Stanford School of Medicine, ha affermato che questa è la prima volta che questi organoidi sono stati inseriti nei primi cervelli di ratto, creando “il circuito cerebrale umano più avanzato mai costruito da cellule della pelle umana e una dimostrazione che i neuroni umani impiantati possono influenzare il comportamento di un animale”.
I neuroni degli organoidi “hanno aperto un negozio” nel cervello dei topi, affermano i ricercatori, formando connessioni funzionanti con i circuiti indigeni.
Ad esempio, quando i ricercatori hanno stimolato i baffi dei topi con sbuffi d’aria, hanno scoperto che i neuroni umani nel cervello del topo si attivavano in risposta, suggerendo che le cellule erano in grado di raccogliere informazioni sensoriali.
I baffi di topo rilevano oggetti e superfici vicine, aiutandoli a evitare le collisioni.
In un esperimento separato, Pasca e i suoi colleghi sono anche riusciti a condizionare i topi in modo che si aspettassero acqua quando il tessuto umano-organoide nel loro cervello è stato attivato.
Studiare i disturbi in un cervello vivente
Per esaminare un uso pratico di questo approccio, gli scienziati hanno trapiantato organoidi in entrambi i lati del cervello di un ratto: uno generato dalle cellule di una persona sana e un altro dalle cellule di una persona con la sindrome di Timoteo, una rara condizione genetica associata a problemi cardiaci e spettro autistico disturbo (DSA).
Cinque o sei mesi dopo, hanno visto gli effetti della malattia legati all’attività dei neuroni.
C’erano differenze nell’attività elettrica delle due parti e i neuroni della persona con sindrome di Timothy erano molto più piccoli e non facevano germogliare tante estensioni che raccolgono input dai neuroni vicini.
I ricercatori, il cui studio è stato finanziato in parte dal National Institutes of Health, hanno affermato che potrebbero fare lo stesso tipo di esperimenti utilizzando organoidi ricavati dalle cellule di persone con disturbi come l’autismo o la schizofrenia e potenzialmente imparare nuove cose su come queste condizioni influenzano il cervello, anche.
La dott.ssa Flora Vaccarino dell’Università di Yale, che in precedenza aveva coltivato grumi contenenti corteccia cerebrale realizzati con il DNA di persone con autismo, ha affermato che lo studio fa avanzare il campo.
“È estremamente impressionante quello che fanno qui in termini di ciò che queste cellule possono effettivamente mostrarci in termini di sviluppo avanzato … nel ratto”, ha detto Vaccarino, che non è stato coinvolto nello studio.
Quanto sono etici gli esperimenti sugli animali?
Tali esperimenti sugli animali sollevano anche preoccupazioni etiche. Ad esempio, Pasca ha detto che lui e il suo team sono consapevoli del benessere dei topi e se si comportano ancora normalmente con gli organoidi al loro interno, cosa che dice di fare.
I test cognitivi circa 200 giorni dopo il trapianto hanno mostrato che i ratti non erano più paurosi dei topi di controllo, conservavano capacità di memoria simili e non avevano convulsioni, affermano i ricercatori.
Tuttavia, Pasca non crede che questo dovrebbe essere provato nei primati. Gli esperti di etica si interrogano anche sulla possibilità che gli organoidi cerebrali in futuro raggiungano qualcosa di simile alla coscienza umana, cosa che secondo gli esperti è estremamente improbabile ora.
Alcuni scienziati stanno studiando organoidi del cervello umano al di fuori degli animali.
Ad esempio, i ricercatori dell’ETH di Zurigo in Svizzera hanno pubblicato uno studio su Nature all’inizio di questo mese descrivendo come stanno coltivando tessuto simile al cervello dalle cellule staminali in laboratorio e quindi mappando i tipi di cellule in varie regioni del cervello e i geni che regolano il loro sviluppo. Alcuni stanno usando queste strutture per studiare l’autismo.
Pasca ha affermato che gli organoidi cerebrali potrebbero anche essere utilizzati per testare nuovi trattamenti per i disturbi neuropsichiatrici, la principale causa di disabilità in tutto il mondo.
Tale ricerca, ha detto, dovrebbe aiutare gli scienziati a fare passi avanti che sono stati estremamente difficili fino ad ora perché è così difficile arrivare al cervello umano – che è “il motivo per cui siamo molto più indietro in psichiatria rispetto a qualsiasi altro ramo della medicina in termini terapeutici”.
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