L’organoide, cresciuto da cellule staminali in vitro, è maturato e integrato nella corteccia cerebrale dei roditori neonati
Un team di ricercatori guidato dalla Stanford University (California, USA) è riuscito a trapiantare un organoide del cervello umano, una specie di “mini-cervello” costituito da cellule staminali in vitro, nella corteccia cerebrale di ratti appena nati. L’organoide umano innestato è cresciuto, maturato e si è integrato con successo nei circuiti neurali del roditore, influenzandone così il comportamento. Gli scienziati hanno spiegato sulla rivista “Nature” che il loro esperimento può aiutare a comprendere l’evoluzione di malattie neuropsichiatriche come la schizofrenia attraverso un metodo impossibile da comprendere in laboratorio. Gli esperti hanno innestato gli organoidi sulla corteccia somatosensoriale (l’area responsabile della ricezione e dell’elaborazione delle informazioni sensoriali, come il tatto) di giovani ratti, i cui circuiti neurali non sono ancora completamente formati. Ciò fornisce una finestra per i neuroni umani per svilupparsi e interagire con quelli dell’ospite. I ricercatori hanno scoperto che l’architettura del tessuto negli organoidi innestati non replicava esattamente quella di un normale cervello umano. Ad esempio, gli organoidi non adottavano la struttura a strati vista nella corteccia umana e mancavano di alcuni tipi cellulari. Tuttavia, i neuroni risultavano molto più grandi, più elaborati e altamente connessi di quanto si vede normalmente negli organoidi in coltura. “Sono diventati molto grandi per coprire un terzo dell’emisfero del cervello del topo, sei volte di più rispetto al piatto“, spiega Sergiu Paşca, ricercatore a Stanford e coautore dello studio. Tuttavia , “c’è un limite di specie“, afferma Paşca. Le cellule organoidi si sono sviluppate all’interno del ratto a ”velocità umana”. Occorrono, infatti, circa undici giorni per sviluppare la corteccia di un topo e circa 146 giorni per la corteccia umana.
L’efficienza dell’innesto è stata elevata (oltre l’80%), così come la sopravvivenza dell’ospite dopo un anno (oltre il 70%). I roditori scelti mancavano di un sistema immunitario funzionante, per garantire che non avrebbero rigettato il tessuto umano. Ma la cosa più interessante è che il team ha mostrato, con una tecnica chiamata optogenetica che consente l’espressione di proteine fotosensibili, che i neuroni umani potrebbero influenzare il comportamento di ricerca della ricompensa dei ratti. Gli autori, in pratica, hanno stimolato i neuroni umani nei ratti che venivano addestrati a leccare un beccuccio per una ricompensa d’acqua. In questo modo gli studiosi hanno scoperto che stimolare i neuroni con una luce spingeva il topo a leccare, mentre i topi che non avevano ricevuto il trapianto no. Pertanto, i neuroni umani sono coinvolti nel processo di apprendimento dei ratti. Si attivavano anche toccando i baffi degli animali. “Quello che hanno fatto è sorprendente“, afferma Víctor Borrell, professore di ricerca presso il CSIC e direttore di laboratorio presso l’Istituto di Neuroscienze di Alicante. “Questi organoidi sono stati coltivati in laboratorio per anni, compreso il nostro, ma trapiantarli nel cervello di un animale vivente e far sì che i neuroni entrino in contatto sinaptico con quelli del cervello ospite è impressionante. I neuroni umani non sono solo lì. Questi contatti funzionano, il topo li usa“, ha aggiunto. I ricercatori hanno anche coltivato gli organoidi da cellule staminali di persone con sindrome di Timothy, una rara malattia neurologica causata da una mutazione in un gene che causa aritmie cardiache e disturbi del comportamento simili all’autismo. “Le malattie neuropsichiatriche sono un problema in tutto il mondo. Vogliamo capire la loro biologia, quindi creare modelli non invasivi del cervello umano è uno dei modi più promettenti per cercare di comprendere queste condizioni“, afferma Paşca. Gli autori ritengono che queste indagini possano rappresentare un’eccezionale opportunità per lo studio delle malattie neurologiche e un nuovo sistema per testare le terapie. Per Borrell, questo “cervello chimerico” potrebbe avere implicazioni promettenti nella terapia cellulare per malattie come il Parkinson, l’Alzheimer o la degenerazione maculare. “Una persona malata potrebbe sottoporsi a una biopsia cutanea e utilizzare le proprie cellule per creare un organoide che potrebbe essere trapiantato nel proprio cervello, con cellule ringiovanite, senza i problemi genetici causati dall’invecchiamento“, sottolinea. Ma la ricerca solleva anche molte questioni etiche relative, ad esempio, all’ottenimento di biomateriali umani e al consenso dei donatori. Inoltre, solleva questioni cruciali, come se un organoide possa avere una coscienza e uno stato morale. “I ricercatori hanno l’obbligo di porre limiti etici. È una cosa che ci preoccupa molto. Una tecnologia può essere meravigliosa, ma usata in modo improprio può diventare un’aberrazione, come nel caso delle ragazze cinesi geneticamente modificate con CRISPR”, afferma Borrell. “Con queste nuove tecniche, se vieni trapiantato con neuroni da qualcuno molto bravo in matematica, sarai anche molto bravo nei calcoli? – chiede – Dubito moltissimo che sia così semplice, ma la scienza ci sorprende”. Anche Lluis Montoliu, ricercatore presso il Centro nazionale di biotecnologia, mette in guardia sulle implicazioni etiche di questo esperimento: “Solleva questioni etiche rilevanti, che dovrebbero essere prese in considerazione e discusse in future procedure simili, generando in qualche modo cervelli in questi animali che sono parzialmente ibridi tra neuroni di ratto e neuroni di pazienti utilizzati nel processo”.
