Un trabajo recientemente publicado, recoge la experiencia que han llevado a cabo científicos de la Universidad de Stanford, en EEUU, inoculando organoides cerebrales autoorganizados procedentes de células humanas en cerebros de ratas recién nacidas, observando que se producía una integración de ambos tejidos neuronales, murino y humano, que provocaba cambios en el comportamiento del animal.
Neuronas humanas injertadas en el cerebro de ratas consiguen modificar su comportamiento | Foto: Universidad de Stanford
Estos organoides neurales son agregados de neuronas humanas cultivadas in vitro y procedentes de células humanas adultas, reprogramadas para convertirlas primero en células pluripotentes inducidas (hiPSC) y, posteriormente, en neuronas. Según distintos trabajos, representan una plataforma in vitro prometedora con la que modelar el desarrollo humano y la enfermedad (1-5)
No obstante, en el laboratorio carecen de la conectividad que existe in vivo, lo cual limita su maduración e imposibilita la integración con otros circuitos cerebrales relacionados con el comportamiento. El trabajo recién publicado muestra que estos organoides cerebrales humanos trasplantados en ratas atímicas -con respuesta inmune limitada- recién nacidas, desarrollan tipos de células maduras que se integran en circuitos cerebrales de las ratas relacionados con la motivación y los sentidos. Los principales hallazgos realizados son los siguientes:
- La resonancia magnética revela crecimiento del organoide posterior al trasplante en múltiples líneas de células troncales, con progresión de la corticogénesis y la aparición de programas transcripcionales dependientes de la actividad.
- Las neuronas corticales trasplantadas muestran propiedades morfológicas, sinápticas e intrínsecas de membrana más complejas que en su estado “in vitro”, lo que permite, según los autores, el descubrimiento de defectos en las neuronas derivadas de individuos con síndrome de Timothy.
- El análisis anatómico y funcional muestra que en los organoides trasplantados se pueden producir respuestas sensoriales a los estímulos tálamo-corticales y córtico-corticales. Además, pueden extender los axones por todo el cerebro de la rata y su activación optogenética puede inducir conductas de búsqueda de recompensas. Así, las neuronas corticales humanas trasplantadas maduran y comprometen los circuitos neuronales en los que están inscritas, modificando el comportamiento del animal receptor.
La aplicación propuesta inicialmente para esta técnica es la de detectar fenotipos relacionados con determinados circuitos neuronales en pacientes afectados de ciertas patologías.
Antecedentes
La formación de quimeras entre especies con células madre pluripotentes humanas (hPSC) representa una alternativa necesaria para evaluar la pluripotencialidad de las hPSC in vivo y podría constituir una estrategia prometedora para diversas aplicaciones de medicina regenerativa, incluida la 
generación de órganos y tejidos humanos en animales, con el fin de utilizarlos en trasplantes. Hasta ahora, los estudios que han utilizado embriones de ratón y cerdo sugieren, que las hPSC no contribuyen de manera sólida a la formación de quimeras en especies evolutivamente distantes de los humanos.
Algunos de estos ensayos se han visto sometidos a cuestionamientos éticos ante la imposibilidad de asegurar que las células humanas presentes en la quimera humano-animal no pudieran invadir otros tejidos diferentes a los diana, como el cerebro, cuyas consecuencias resultarían difícilmente predecibles.
Otra investigación publicada en 2021, del grupo del investigador español Carlos Izpisúa, estudió la competencia quimérica (hibridación humano-animal) de células troncales pluripotentes extendidas humanas (hEPSC) en embriones de mono cynomolgus (Macaca fascicularis) cultivados “ex vivo”, en el que se demostró que las hEPSC sobrevivieron, proliferaron y generaron varios linajes celulares pre y post-implantatorios dentro de estos embriones de mono.
Según los autores, estos resultados pueden ayudar a comprender mejor el desarrollo humano temprano y la evolución de los primates y desarrollar estrategias para mejorar el quimerismo humano en especies evolutivamente distantes. Este quimerismo permitiría en el futuro obtener órganos humanizados en animales utilizables en trasplantes.
Previamente, en 2019, un grupo de investigación utilizó técnicas de edición genética para efectuar una transgénesis de un gen implicado en el desarrollo cerebral humano en monos. Se generaron con éxito 11 monos Rhesus transgénicos (8 de primera generación y 3 de segunda generación) que portaban copias humanas del gen MCPH1, importante para el desarrollo y la evolución del cerebro.
Los análisis de imágenes cerebrales y secciones de tejido indicaron un patrón alterado de diferenciación de células neurales, lo que resultó en una maduración neuronal retrasada y mielinización de fibras neurales de los monos transgénicos, similar al cambio evolutivo conocido de retraso en el desarrollo (neotenia) en humanos. Otros análisis del transcriptoma cerebral y de la sección de tejido de las principales etapas de desarrollo mostraron un marcado retraso en la expresión similar a la humana de la diferenciación neuronal y los genes de señalización sináptica, lo que proporciona una explicación molecular para el retraso observado en el desarrollo cerebral de los monos transgénicos. Más importante aún, los monos transgénicos exhibieron una mejor memoria a corto plazo y un tiempo de reacción más corto en comparación con los controles de tipo salvaje en la tarea de emparejamiento retrasado con la muestra. Estos datos supusieron un primer intento de cuestionar experimentalmente la base genética del origen del cerebro humano utilizando un modelo de mono transgénico y valorar el uso de primates no humanos para comprender rasgos humanos únicos.
El mismo año 2019, en un experimento análogo al ahora publicado en Nature, otro equipo liderado por Vincent Bonin en VIB Neuro-Electronics Research Flanders en Lovaina, trasplantó una sopa de neuronas humanas que se integraron como células individuales, en lugar de como un grupo, en la corteza de un ratón recién nacido.
Valoración bioética
Las experiencias para la obtención de quimeras humano-animal fueron cuestionadas por el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos (NIH) ya en 2015 ante las dificultades éticas que podrían derivarse de la introducción de células pluripotentes humanas en embriones de animales vertebrados no humanos en etapa de pregastrulación, afirmando que no se financiarían experiencias en esta área hasta que la Agencia considerara una posible revisión de la política.
Alta Charo, bioética con sede en Washington DC y profesora emérita de la Universidad de Wisconsin-Madison ha afirmado que “las combinaciones
neuronales tocan lo que nos hace esencialmente humanos: nuestras mentes, nuestros recuerdos, nuestro sentido del yo. Resulta perturbadora la idea de una mente humana atrapada en el cuerpo de un animal, o una criatura con un cerebro semihumano.”
Esta autora participó en la elaboración de un informe publicado en la National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine el año 2021, según el cual, en los últimos años, los investigadores han desarrollado nuevos modelos para representar y estudiar mejor el cerebro humano. Los tres modelos considerados en este informe, todos los cuales generan y utilizan células troncales pluripotentes de individuos y pacientes sanos, son organoides neuronales humanos, trasplantes neuronales humanos y quimeras neuronales humano-animal. En este campo emergente de organoides, trasplantes y quimeras neuronales humanos, desde la ciencia, la ética y los gobiernos debe revisarse el estado de la investigación, considerando sus beneficios y riesgos, analizando los problemas éticos asociados y considerando los mecanismos que los gobiernos deben articular para este tipo de investigaciones. En el tercer capítulo “Ethical concerns” del mencionado informe se afirma que, por el momento, algunas de estas preocupaciones se alivian por el hecho de que los organoides neuronales humanos son actualmente muy limitados en tamaño, complejidad y madurez y es probable que sigan siéndolo. No cumplen con ningún criterio actual para desarrollar una conciencia. En el futuro, sin embargo, seguramente aumentará su complejidad y la de los circuitos que contienen. Por lo tanto, será esencial revisar estas preguntas a medida que mejoren los modelos y cambie la comprensión de la consciencia y la conciencia.
Nos encontramos, pues, en una encrucijada muy común en bioética: el avance científico, prometedor en muchos campos tanto en la investigación como en terapéutica, ofrece posibilidades no exentas de dificultad ética, es decir, susceptibles de dañar más que de curar si no se adoptan las medidas que aseguren que no se extralimitan en sus posibilidades, conduciendo hacia horizontes impredecibles que puedan suponer retrocesos en el respeto a la dignidad humana.
El actual avance, que ha superado muchas de las dificultades de experiencias previas parecidas, ofrece como resultado un dato trascendental: la proliferación de células nerviosas humanas en cerebros de rata, contribuye a modificar su comportamiento. ¿Qué grado de modificación en el comportamiento animal podría alcanzarse cuando esta “colonización” neuronal humana pueda intensificarse en ensayos futuros y, aún más, en especies más próximas a la nuestra como los primates? No debe desdeñarse esta posibilidad que puede contribuir a desdibujar determinadas fronteras humano-animal, creando conflictos difícilmente previsibles.
Las experiencias previas, en las que se han modificado genéticamente 11 monos Rhesus plantea un escenario aún más incierto. El progresivo avance en el conocimiento de los genes involucrados en la formación del cerebro humano y su interacción puede conducir a reprogramar determinados embriones animales con capacidad para lograr una humanización significativa de sus cerebros, como ya se logró en pequeña medida en este experimento, pero que pudiera provocar cambios importantes en su comportamiento, de resultados no predecibles. Además, estas modificaciones genéticas en embriones muy tempranos podrían afectar a sus células germinales y transmitirse a la herencia, pudiendo modificar la especie, aunque este no es el caso de los trasplantes neurales.
La prudencia y la regulación consensuada de los límites de estos experimentos, se hace imprescindible para evitar extralimitaciones, que, más allá del lícito objetivo de su aportación a la investigación orientada a la terapéutica en humanos, ofrezca resultados que supongan un atentado contra la dignidad de los individuos de nuestra especie, así como resultados inaceptables en las especies animales implicadas.
Referencias
[1] Kelley, K. W. & Pașca, S. P. Human brain organogenesis: toward a cellular understanding of development and disease. Cell 185, 42–61 (2021).
2 Pasca, A. M. et al. Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent
stem cells in 3D culture. Nat. Methods 12, 671–678 (2015).
3 Valesco, S. et al. Individual brain organoids reproducibly form cell diversity of the human
cerebral cortex. Nature 570, 523–527 (2019).
4 Qian, X. et al. Brain-region-specific organoids using mini-bioreactors for modeling ZIKV
exposure. Cell 165, 1238–1254 (2016).
5 Yoon, S. J. et al. Reliability of human cortical organoid generation. Nat. Methods 16, 75–78
(2019).
Julio Tudela
Lucía Gómez Tatay
Instituto Ciencias de la Vida
Universidad Católica de Valencia
