Tessuti cerebrali ottenuti da cellule staminali si integrano nel sistema nervoso degli animali. La ricerca apre nuove possibilità per studiare lo sviluppo del cervello e le sue malattie.
Cellule cerebrali umane che crescono, maturano e stabiliscono connessioni nel cervello di un topo. È il risultato ottenuto a Stanford dal gruppo del neuroscienziato Sergiu Pașca, con Konstantin Kaganovsky, Kevin Kelley, Tilo Gschwind e Paul Harary. Un esperimento che porta lo studio dei neuroni umani dentro un sistema nervoso vivente.
La ricerca, pubblicata su Nature e scelta per la copertina del numero dell’8 ottobre, affronta un ostacolo importante: capire come funzionano i circuiti cerebrali umani quando osservarli direttamente nelle persone è estremamente difficile.
Dagli organoidi al cervello vivente
Il punto di partenza sono gli organoidi corticali: piccoli tessuti tridimensionali ottenuti da cellule staminali umane, capaci di riprodurre alcune caratteristiche della corteccia cerebrale.
In laboratorio questi modelli hanno limiti: maturano solo fino a un certo punto e interagiscono poco con altre strutture nervose. Il trapianto permette di studiare i neuroni in un ambiente più completo, collegando la loro attività alle risposte dell’animale.
Per lasciare spazio al tessuto umano, i ricercatori hanno prodotto topi geneticamente modificati privi di quasi tutta la corteccia e di gran parte dell’ippocampo, una struttura coinvolta nella memoria. Nei neonati hanno poi trapiantato gli organoidi.
Il tessuto è cresciuto e ha formato connessioni con il sistema nervoso ospite. Gli autori chiamano questi animali topi xenocorticali, un termine che indica la presenza di corteccia derivata da un’altra specie.
Il dato sorprendente: oltre il 90% del tessuto corticale
Secondo Stanford, tre mesi dopo il trapianto oltre il 90% del volume del tessuto corticale era di origine umana. La percentuale riguarda la corteccia presente negli animali, non l’intero cervello.
Fra le cellule osservate figurano neuroni identificati come neuroni di von Economo, grandi cellule dalla forma allungata mai ottenute nelle precedenti colture del gruppo. La loro vulnerabilità in alcune forme di demenza frontotemporale rende il risultato interessante per le ricerche future.
La carenza di ossigeno rivela una vulnerabilità
Un test ha mostrato una possibile applicazione del modello. Dopo cinque ore a bassi livelli di ossigeno, gli animali con tessuto umano hanno sviluppato danni corticali e difficoltà di equilibrio e coordinazione. I gruppi di confronto risultavano sostanzialmente risparmiati.
Questa differenza offre una strada per studiare la vulnerabilità del cervello umano durante lo sviluppo e i meccanismi delle lesioni associate alla carenza di ossigeno.
Una piattaforma per cercare nuove terapie
La prospettiva è osservare insieme alterazioni cellulari, funzionamento dei circuiti e conseguenze sul comportamento. Le applicazioni terapeutiche richiederanno ulteriori studi.
La presenza di neuroni umani non dimostra capacità cognitive umane negli animali. Il progetto ha ricevuto valutazioni etiche interne ed esterne, con controlli sul benessere e sulle capacità dei topi.
Il risultato apre una finestra su processi difficili da osservare nelle persone: come nascono i circuiti cerebrali, come si danneggiano e dove potrebbe essere possibile intervenire.
