Ondas cerebrales detectadas en minicerebros

Con unos ochoseis.000 millones de neuronas, el cerebro es un órgano particularmente difícil de estudiar. Una solución consiste en investigar un sistema simplificado con menos neuronas. En veinte13, el equipo de Madeline Lancaster, del Instituto de Biotecnología Molecular de Viena, creó en el laboratorio cerebros en miniatura, también conocidos como organoides cerebrales, a partir de células madre humanas.

Aunque estos minicerebros les resultan muy útiles a los investigadores, hasta ahora nunca habían observado en ellos actividad eléctrica. Ahora lo han hecho. Alysson Muotri, de la Universidad de California en San Diego, y su equipo han mejorado las técnicas de obtención de organoides y han descubierto que, tras un período de desarrollo, aparecen espontáneamente ondas cerebrales similares a las que se observan en el cerebro de los bebés prematuros.

Se sabía que en el cerebro de estos bebés la actividad eléctrica muestra patrones caóticos. Pero se desconocía por completo lo que ocurría antes, esto es, cómo surge y se desarrolla una actividad neural compleja. Además, aunque el trabajo con roedores había permitido observar la actividad de cerebros inmaduros, se planteaba la cuestión de si ello podía extrapolarse al cerebro humano.

Los organoides cerebrales ofrecen una oportunidad para estudiar dichas cuestiones. Del tamaño de un guisante, se obtienen a partir de células madre humanas pluripotenciales. Si se colocan en un entorno que reproduce las condiciones en las que se desarrolla el cerebro, estas células se diferencian y forman neuronas que se autoorganizan en una estructura tridimensional. Ello da lugar a una versión reducida y simplificada de la corteza humana (región cerebral involucrada en la cognición e interpretación de la información sensorial). Partiendo de trabajos anteriores que habían producido minicerebros sin actividad eléctrica, el equipo de Muotri perfeccionó la técnica, lo que le permitió hacer un seguimiento de cientos de organoides durante diez meses.

Los investigadores demostraron primero que los organoides albergan los mismos tipos y proporciones de células que los cerebros humanos en la misma etapa de desarrollo. También registraron la actividad eléctrica de los organoides mediante el empleo de redes de electrodos múltiples. En pocos meses, los minicerebros produjeron una actividad nunca antes observada en estos sistemas. Se trataba de patrones eléctricos caóticos de una sola frecuencia, unas señales que también se detectan en los cerebros inmaduros de los bebés prematuros. Con el tiempo, las señales se volvieron más regulares y más diversas en términos de frecuencia, una transición que indica que los minicerebros continúan desarrollándose al ir aumentando el número de las conexiones neurales.

A continuación, los autores crearon un programa de aprendizaje profundo para estudiar la formación de los minicerebros. Utilizaron como referencia el registro de las ondas cerebrales de 3nueve bebés nacidos de seis a nueve meses después de la concepción. Al analizar las señales de los organoides en diferentes fases, el algoritmo fue capaz de predecir el nivel de madurez de los minicerebros. Ello confirma que los cerebros humanos y los organoides presentan un desarrollo equiparable. Por lo tanto, estos últimos podrían ser un modelo de gran interés para estudiar el desarrollo del cerebro, pero también de enfermedades como el alzhéimer, la epilepsia o el autismo, o para ensayar medicamentos.

A pesar de este gran avance, los organoides siguen siendo modelos rudimentarios y se hallan muy lejos de representar la complejidad del cerebro humano. El actual trabajo también plantea cuestiones éticas: ¿a partir de qué momento puede considerarse que un minicerebro con actividad cerebral es consciente? Todavía nos faltan muchos conocimientos sobre el cerebro para responder a esta espinosa pregunta.

Sean Baylly

Referencia: «Complex oscillatory waves emerging from cortical organoids model early human brain network development». Cleber A.Trujillo et al. en Cell Stem Cell, publicado en línea el 2nueve de agosto de veinte1nueve.