Un grupo de científicos cultiva un 'minicerebro' humano capaz de enviar impulsos para contraer los músculos

Científicos de Cambridge han creado un minicerebro artificial cultivado en laboratorio que se conecta por sí mismo a la espina dorsal. Tras años de trabajo, los investigadores han conseguido cultivar en una placa de laboratorio la estructura orgánica más compleja, publica la revista Nature.

Se trata de la más reciente investigación sobre el cultivo de lo que llaman ‘organoides cerebrales’ cuyo desarrollo se veía paralizado, hasta ahora, en una fase muy temprana. Este es el organoide más complejo y sofisticado hasta el momento y se está comportando de una forma muy interesante.

Un cerebro humano completamente desarrollado tiene entre 80.000 y 90.000 millones de neuronas, mientras que esta mancha de materia gris del tamaño de una lenteja se compone de aproximadamente dos millones de neuronas organizadas. Un desarrollo cerebral similar al de un feto humano de 12 ó 13 semanas. En esta etapa de desarrollo, el órgano no es lo suficientemente complejo como para pensar o sentir. «Todavía estamos muy lejos de eso», según la neurocientífica Madeline Lancaster, que ha participado en el estudio y miembro del Consejo de Investigación Médica del Laboratorio de Biología Molecular, en declaraciones al periódico The Guardian.

No obstante, el organoide dista de ser inerte. Cuando se empezó a co-cultivar esta diminuta masa muscular humana sin cuerpo junto a una médula espinal de embrión de ratón –de 1mm de longitud– rodeada por un tejido muscular, el organoide envió largas conexiones neuronales para conectarse a sus nuevos vecinos. Conformando algo muy parecido a un sistema nervioso central.

«Nos gusta pensar en ellos como mini-cerebros en movimiento», ha comentado Lancaster al diario británico. Los investigadores pudieron observar en tiempo real, mediante un microscopio, como el minicerebro se conectaba espontáneamente a la médula y los tejidos del ratón. Y no solo se mueve, sino que inicia el movimiento muscular, tal y como lo hacen las neuronas motoras de nuestros cerebros.

Durante la observación, los científicos localizaron contracciones del tejido muscular del ratón, visibles y organizadas. Tal y como han escrito los investigadores en el artículo de Nature, «las imágenes en vivo del tejido muscular del ratón revelaron contracciones esporádicas de irregular periodicidad».

Además, «después de dos o tres semanas en co-cultivo, se pudieron ver densos tractos axónicos inervando la médula espinal del ratón, y las sinapsis eran visibles entre los axones humanos proyectados y las neuronas de la médula espinal del ratón». Esto quiere decir que al estimular ligeramente los tractos axónicos humanos que se enlazaron con el tejido muscular del animal, los científicos podían provocar una contracción fuerte y organizada en el tejido muscular. Aún más simple, la masa de materia gris humana envió impulsos eléctricos a los músculos del ratón, provocando espasmos.

Los organoides cerebrales son una gran herramienta para comprender el desarrollo del cerebro humano y las enfermedades asociadas. Pero cultivarlos más allá de cierta etapa es todo un desafío científico. Hoy día, la mayoría de organoides cerebrales se desarrollan a partir de células madre humanas que se organizan espontáneamente en las estructuras y capas necesarias para el desarrollo cerebral temprano, formando una especie de burbuja o racimo. El problema es que, una vez que el racimo alcanza cierto tamaño, el desarrollo se ve limitado por la escasez de oxígeno y nutrientes que llegan al centro de la burbuja. De esta forma la estructura deja de desarrollarse y acaba muriendo.

Los investigadores de Cambridge han utilizado un nuevo método que les ha permitido alcanzar una fase más avanzada de desarrollo. Usaron una pequeña cuchilla vibradora para cortar el organoide en rodajas de medio milímetro que colocaron en una membrana porosa, flotando sobre un líquido de nutrientes. Así, los investigadores se aseguraron de que sus minicerebros pudieran usar simultáneamente el oxígeno del aire por arriba, y los nutrientes del líquido por abajo. Con este método, los organoides se han mantenido sanos después de un año en sus placas.

Aunque estos minicerebros son los más sofisticados que se hayan conseguido cultivar, aun son extremadamente pequeños y muy alejados de la complejidad de sus semejantes humanos. Por volumen de materia gris, se situarían en algún paso intermedio entre una cucaracha y un pez cebra.

Los autores del estudio tienen la esperanza de que el fruto de su trabajo contribuya a conocer las enfermedades cerebrales con más detalle que nunca. «Por ejemplo», escriben los autores, «se abre la puerta al estudio de las condiciones de desarrollo neurológico del cuerpo calloso, los desequilibrios del circuito neuronal que se observan en la epilepsia y otros defectos en los que se piensa que la conectividad desempeña un papel, como el autismo o la esquizofrenia».

Un paso adelante para poder desarrollar conocimiento y , en un futuro, tratamientos contra las afecciones relacionadas con las neuronas motoras en general.