Riassunto:
I ricercatori dell'Università di Stanford negli Stati Uniti hanno completato un esperimento fondamentale: hanno trapiantato organoidi corticali coltivati da cellule staminali umane in un topo geneticamente modificato in cui parte del tessuto cerebrale non riusciva a svilupparsi normalmente, stabilendo connessioni estese e stabili tra il tessuto neurale umano e il sistema nervoso in via di sviluppo del topo. I risultati sperimentali hanno mostrato che il tessuto umano trapiantato non solo continuava a crescere nei topi, ma formava anche connessioni neurali con il cervello e il midollo spinale dei topi e rimaneva attivo mentre gli animali erano svegli.
La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature. I ricercatori ritengono che questo metodo di inserimento degli organoidi del cervello umano nel sistema nervoso degli animali viventi diventerà un nuovo strumento per studiare lo sviluppo del cervello umano, le malattie neurologiche e il trattamento personalizzato. Permetterà inoltre agli scienziati di osservare per la prima volta come il tessuto neurale umano cresce, si connette e funziona in un ambiente fisiologico più vicino a quello reale.
Negli ultimi anni, l'uso di cellule staminali umane per coltivare organoidi tridimensionali è diventato una tecnologia importante nella ricerca biomedica. I ricercatori possono utilizzare gli organoidi per simulare tessuti umani come cervello, fegato e pelle per studiare i meccanismi delle malattie, osservare i processi di sviluppo dei tessuti e testare farmaci. Tuttavia, dopo tutto, gli organoidi nelle piastre di laboratorio sono solo un modello di tessuto relativamente isolato, privo del complesso apporto di sangue, delle connessioni neurali e delle interazioni tra i diversi organi del corpo umano reale, quindi ci sono ancora evidenti limitazioni nello studio di alcune malattie complesse.
Il trapianto di organoidi in animali vivi potrebbe risolvere alcuni di questi problemi, ma le ricerche precedenti hanno riscontrato anche un'importante limitazione. Il tessuto cerebrale umano non si sviluppa alla stessa velocità dei roditori e se gli organoidi corticali umani fossero impiantati direttamente nel cervello di un topo o di un ratto che si sviluppa normalmente, il sistema nervoso dell'animale ospite potrebbe maturare rapidamente, limitando lo spazio affinché il tessuto umano possa continuare a crescere e costruire connessioni complesse.
Il gruppo di ricerca dell'Università di Stanford ha quindi utilizzato uno speciale modello di topo. Hanno ingegnerizzato geneticamente i topi in modo che mancassero di parti del tessuto necessario per formare l’ippocampo e la corteccia esterna del cervello, lasciando spazio sufficiente per gli organoidi corticali umani trapiantati. In questo modo, il tessuto neurale umano può continuare a crescere mentre il cervello del topo si sviluppa e connettersi con il sistema nervoso ospite in modo più naturale.
I ricercatori hanno poi trapiantato organoidi corticali coltivati da cellule staminali umane nel cervello di questi topi. I risultati hanno mostrato che il tessuto umano non solo è sopravvissuto, ma ha anche continuato ad espandersi nei topi, fino a costituire circa il 92% del tessuto corticale del topo. Questa scala è molto più elevata di quella generalmente raggiunta negli esperimenti tradizionali di trapianto di organoidi.
Ancora più importante, questi tessuti neurali umani non sono diventati un "organo plug-in" indipendente dal cervello del topo. Utilizzando etichette fluorescenti, i ricercatori hanno osservato che i neuroni negli organoidi umani estesero numerosi neuriti nel tessuto neurale del topo e stabilirono connessioni con il sistema nervoso ospite. Allo stesso tempo, il rilevamento dell’attività elettrica ha rivelato anche lo scambio di segnali neurali tra i tessuti umani e il cervello dei topi.
Gli esperimenti mostrano anche che questa connessione ha già alcune funzionalità. Dopo aver osservato il comportamento motorio dei topi, i ricercatori hanno scoperto che il tessuto neurale umano trapiantato può influenzare le attività motorie degli arti del topo, il che significa che il tessuto umano non esiste solo passivamente nel cervello del topo, ma partecipa in una certa misura alla funzione del sistema nervoso ospite.
Bryce Vissel, un neuroscienziato del St. Vincent's Hospital che non è stato coinvolto nello studio, ritiene che i risultati potrebbero fornire nuove strade di ricerca per lo sviluppo di trattamenti specifici per il paziente per le malattie neurologiche. Ha detto che il tessuto umano trapiantato è stato in grado di connettersi al cervello del topo e al midollo spinale e rimanere attivo mentre gli animali erano svegli, il che ha aperto nuove possibilità per la ricerca futura su come riparare il cervello malato.
Tuttavia, questo esperimento solleva anche evidenti questioni etiche. I ricercatori hanno effettivamente creato un sistema nervoso ibrido composto da tessuto nervoso umano e di topo. Poiché il tessuto umano rappresenta una proporzione sempre maggiore nell'animale ospite e diventa più maturo, come giudicare se questo animale abbia capacità neurologiche diverse rispetto ai topi comuni è diventato un problema inevitabile.
Vissel ritiene che l'esperimento di follow-up veramente decisivo sia quello di potenziare o inibire attivamente il tessuto neurale umano trapiantato e quindi osservare se la percezione, la capacità di apprendimento o il comportamento del topo cambiano di conseguenza. Se queste capacità nei topi cambiassero in risposta all’attività del tessuto umano, significherebbe che il tessuto neurale umano è già coinvolto causalmente nelle capacità dell’animale.
Adeel Razi, neuroscienziato computazionale presso la Monash University, ritiene inoltre che, man mano che la maturità, la scala e l'integrazione funzionale dei tessuti trapiantati continueranno ad aumentare con il sistema nervoso animale, le questioni etiche correlate diventeranno sempre più importanti. Secondo lui la vera questione degna di studio non è semplicemente determinare "se il cervello del topo è stato umanizzato", ma osservare come cambieranno i metodi di calcolo neurale delle cellule cerebrali umane dopo che si saranno sviluppate e apprese in un ambiente animale diverso da quello umano.
Il gruppo di ricerca ha dichiarato che questo esperimento è conforme alle norme etiche e ai requisiti di sicurezza attualmente applicabili. Tuttavia i ricercatori hanno anche sottolineato chiaramente che se in futuro si vuole aumentare ulteriormente la percentuale di tessuto neurale umano nel cervello dei topi o se si vuole rendere più maturo il tessuto umano trapiantato, è necessario stabilire in anticipo norme etiche corrispondenti, anziché affrontare passivamente questi problemi dopo la maturazione della tecnologia.
Nonostante le controversie etiche, questa tecnologia ha ancora un ampio valore nella ricerca medica. I ricercatori sperano di utilizzare questo modello che combina il tessuto cerebrale umano con animali viventi per studiare più a fondo il processo di sviluppo del cervello umano ed esplorare come utilizzare le cellule dei pazienti per far crescere il tessuto neurale per sviluppare trattamenti più personalizzati. In futuro, tali modelli potrebbero essere utilizzati anche per studiare le malattie neurologiche e aiutare gli scienziati a cercare cambiamenti biologici correlati alla malattia prima che i pazienti sviluppino sintomi evidenti.
L'importanza di questo studio è che supera ulteriormente i limiti degli organoidi cerebrali tradizionali. In passato, gli scienziati potevano osservare solo una massa relativamente isolata di tessuto neurale umano in una capsula di Petri. Ora, gli organoidi del cervello umano possono continuare a svilupparsi nell’ambiente cerebrale degli animali viventi e formare vere e proprie connessioni funzionali con il sistema nervoso dell’ospite. Poiché le tecnologie pertinenti continuano a svilupparsi, fino a che punto il tessuto neurale umano può svilupparsi negli animali e come questo sistema nervoso ibrido dovrebbe essere definito eticamente, diventeranno questioni importanti che dovranno essere affrontate nella futura ricerca neuroscientifica.
Commenti