Cultivan organoides cerebrales con conexiones neuronales similares a las de un cerebro real

Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una técnica para conectar tejidos cultivados en laboratorio que imitan al cerebro humano de una manera que se asemeja a los circuitos neuronales del cerebro real. El "sistema" de mini cerebros interconectados podría revolucionar nuestra comprensión de las funciones cerebrales.

Científicos de Francia y Japón, liderados por el Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio, han creado una red de organoides cerebrales cultivados en un plato y conectados por axones, que muestran actividad neuronal compleja y plasticidad a corto plazo. Los mini cerebros desarrollados en laboratorio responden de manera similar a lo que puede observarse en un cerebro real, convirtiéndose en una herramienta vital para descubrir aspectos ocultos del cerebro humano.

Conexiones entre las regiones del cerebro

Para las neurociencias, es un desafío crucial estudiar al detalle los mecanismos implicados en el desarrollo y las funciones del cerebro, muchos de los cuales siguen siendo aún un misterio. En ese sentido, los estudios con animales poseen diversas limitaciones, por las diferencias existentes entre especies en la estructura cerebral y en las características de las neuronas y otras células del cerebro.

Un punto clave son las conexiones interregionales y los circuitos neuronales que se crean, que según indican los últimos avances están relacionados íntimamente con las condiciones que hacen único al cerebro humano. Desde ese punto de vista, los organoides cerebrales o mini cerebros cultivados en laboratorio buscan imitar las funciones de nuestro cerebro a través de tejidos desarrollados a partir de células madre humanas.

Sin embargo, una de las limitaciones de este enfoque ha sido hasta el momento la integración de los organoides en redes semejantes a las que se forman en el cerebro real, conformando circuitos neuronales que determinan la actividad compleja y la plasticidad que alcanza nuestro cerebro. Ahora, los investigadores a cargo del nuevo estudio, publicado en la revista Nature Communications, han logrado vincular organoides cultivados en un plato a través de haces axonales, de una manera similar a cómo se conectan las regiones en el cerebro humano vivo.

Actividad compleja y plasticidad neuronal en organoides

El axón es una región de las neuronas dedicada a transportar los impulsos nerviosos, permitiendo su conexión con otras células nerviosas o, incluso, con células musculares o glandulares. En el marco de la investigación, los organoides cerebrales que estaban conectados con haces axonales mostraron una actividad más compleja que los organoides individuales o los conectados mediante otras metodologías.

Además, cuando los investigadores estimularon los haces axonales a través de una técnica conocida como optogenética, que permite controlar y estudiar la dinámica celular mediante la estimulación con luz, la actividad de los mini cerebros se alteró en consecuencia y se vieron afectados por estos cambios, mostrando un proceso a corto plazo similar a la plasticidad neuronal apreciada en el cerebro real. Esta característica, junto a la actividad neuronal compleja, nos permite aprender permanentemente nuevas cosas y adaptarnos a los cambios del entorno.

"Estos hallazgos sugieren que las conexiones de los haces axonales son importantes para el desarrollo de redes complejas en este tipo de organoides. En particular, las redes cerebrales complejas son responsables de muchas funciones profundas, como el lenguaje, la atención y las emociones. Su desarrollo en este tipo de cultivos nos permitirá estudiarlas con mayor precisión”, indicó en una nota de prensa el científico Yoshiho Ikeuchi, autor principal del nuevo estudio.

Los investigadores observaron que al conectar dos organoides neuronales con haces axonales, estas conexiones bidireccionales contribuían a generar y sincronizar patrones de actividad entre los organoides, mostrando cierta similitud con las conexiones entre dos regiones dentro del cerebro humano real. La innovación hará posible el desarrollo de nuevos estudios sobre las alteraciones en las redes cerebrales, que se han asociado con diversas afecciones neurológicas y psiquiátricas.

Referencia

Complex activity and short-term plasticity of human cerebral organoids reciprocally connected with axons. Yoshiho Ikeuchi, Tatsuya Osaki et al. Nature Communications (2024). DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-46787-7