Los científicos han creado cerebros en miniatura a partir de células madre que 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. El estudio, publicado29 de agosto en el diario Célula madre celular , 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", dice Alysson Muotri, bióloga de la Universidad de California, San Diego. "Estamos un paso más cerca de tener un modelo que realmente pueda generar estas primeras etapas deuna red neuronal sofisticada "
Los cerebros del tamaño de un guisante, llamados organoides cerebrales, se derivan de células madre pluripotentes humanas. Al ponerlos en cultivo que imita el entorno del desarrollo del cerebro, las células madre se diferencian en diferentes tipos de células cerebrales y se autoorganizan en 3Destructura 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 desarrolló redes neuronales funcionales similares a las humanas. Las redes aparecen cuando las neuronas maduran y se interconectan, y son esenciales para la mayoría de las actividades cerebrales..
"Puede usar organoides cerebrales para varias cosas, incluyendo comprender el desarrollo neurológico humano normal, el modelado de enfermedades, la evolución cerebral, la detección de drogas e incluso para informar la inteligencia artificial", dice 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 matrices de electrodos múltiples paravigilar sus actividades neuronales.
El equipo comenzó a detectar explosiones de ondas cerebrales de los organoides aproximadamente a los dos meses. Las señales eran escasas y tenían la misma frecuencia, un patrón que se observa en cerebros humanos muy inmaduros. A medida que los organoides continuaron creciendo, produjeron ondas cerebrales a diferentes niveles.frecuencias, y las señales aparecieron más regularmente. Esto sugiere que los organoides han desarrollado aún más sus redes neuronales.
"Esto es el resultado de tener más sinapsis funcionales, y se están formando más conexiones entre las neuronas", dice 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 inicio 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 fuecapaz de predecir cuántas semanas se han desarrollado 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, dice 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 nadaque ver con actividades en cerebros reales "
"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", dice Muotri. "Pero no creo que tengamos ninguna evidenciaahora mismo para decir que tenemos alguno de esos "
Mirando hacia el futuro, el equipo apunta a mejorar aún más los organoides y usarlos para comprender 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", dice Muotri. "Quiero hacer eso porque veo lo bueno en ello. Puedo ayudar a las personas con afecciones neurológicas dándoles mejores tratamientos ymejor calidad de vida. Pero depende de nosotros decidir dónde está el límite. Puede ser que la tecnología aún no esté lista, o no sepamos cómo controlarla. Este es el mismo tipo de discusión sobre CRISPR enbebés, y es por eso que tenemos comités de ética para representar a todas las partes de la sociedad ".
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