Las células madre de rata restauran los circuitos cerebrales del ratón

Los estudios muestran la regeneración de circuitos cerebrales de ratones con células madre de rata, lo que proporciona nuevos conocimientos sobre la restauración neurológica y el desarrollo del cerebro en todas las especies. Crédito: SciTechDaily.com

Los equipos de investigación han regenerado con éxito circuitos cerebrales de ratón utilizando células madre de rata, lo que demuestra un nuevo método para restaurar la función cerebral y estudiar el desarrollo cerebral entre especies.

Estos hallazgos abren posibilidades para el tratamiento de enfermedades neurológicas y la comprensión de la evolución del cerebro, al tiempo que sugieren futuras aplicaciones clínicas y desafíos éticos en el uso de técnicas similares para el trasplante de órganos humanos.

Los científicos regeneran vías neuronales en ratones con células de ratas

Dos grupos de investigación independientes han restaurado con éxito circuitos cerebrales en ratones utilizando neuronas derivadas de células madre de rata. Publicado recientemente en la revista Una célulaEstos estudios proporcionan información importante sobre el desarrollo del tejido cerebral y abren nuevas posibilidades para la renovación de las funciones cerebrales perdidas debido a las enfermedades y el envejecimiento.

«Esta investigación ayuda a demostrar la flexibilidad potencial del cerebro al utilizar circuitos neuronales sintéticos para restaurar las funciones cerebrales», dice Kristin Baldwin, profesora de Universidad de Colombia en Nueva York y autor correspondiente de uno de los dos artículos. El equipo de Baldwin restauró los circuitos neuronales olfativos del ratón, las neuronas interconectadas en el cerebro responsables del sentido del olfato, y su función utilizando células madre de ratas.

Hipocampo de ratón con células de rata (rojo) y núcleos de células de ratón y de rata (azul). Crédito: M. Khadeesh Imtiaz, Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia

Ingeniería genética interespecies y sus implicaciones

“Poder generar tejido cerebral a partir de uno especies dentro de otro puede ayudarnos a comprender el desarrollo y la evolución del cerebro en diferentes especies», afirma Jun Wu, profesor asociado del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas en Dallas y autor correspondiente del otro artículo. El equipo de Wu ha desarrollado una plataforma basada en CRISPR que puede identificar de manera eficiente genes específicos que impulsan el desarrollo de tejidos específicos. Probaron la plataforma silenciando un gen necesario para el desarrollo del cerebro anterior en ratones y luego restaurando el tejido utilizando células madre de rata.

Los ratones y las ratas son dos especies distintas que han evolucionado de forma independiente durante unos 20 a 30 millones de años. En experimentos anteriores, los científicos pudieron reemplazar el páncreas en ratones utilizando células madre de rata mediante un proceso llamado complementación de blastocistos. Para que este proceso funcione, los investigadores inyectan células madre de rata en blastocistos de ratón (embriones en etapa temprana) que carecen de la capacidad de desarrollar un páncreas debido a mutaciones genéticas. Luego, las células madre de rata se desarrollaron en el páncreas faltante y complementaron su función.

Avances en la regeneración del tejido cerebral

Pero, hasta la fecha, no se ha reportado la generación de tejidos cerebrales a partir de células madre de diferentes especies mediante complementación de blastocistos. Ahora, utilizando CRISPR, el equipo de Wu probó siete genes diferentes y descubrió que eliminar No pienses 1 Podría generar de forma fiable ratones que no tuvieran cerebro. Luego, el equipo inyectó células madre de rata en blastocistos de No pienses 1 ratones knockout y las células de las ratas llenaron el nicho para formar un cerebro anterior en los ratones. Las ratas tienen cerebros más grandes que los ratones, pero el cerebro anterior original de las ratas se desarrolló al mismo ritmo y tamaño que el de los ratones. Además, las neuronas de rata podrían transmitir señales a las neuronas vecinas de ratón y viceversa.

Los investigadores no probaron si el cerebro anterior de las células madre de rata cambiaba el comportamiento de los ratones. «Faltan buenas pruebas de comportamiento para distinguir ratas de ratones», afirma Wu. «Pero según nuestro experimento, parece que estos ratones con cerebro de rata no actúan de forma fuera de lo común».

Aplicaciones avanzadas y perspectivas de futuro

En el otro estudio, el equipo de Baldwin utilizó genes específicos para matar o silenciar las neuronas sensoriales olfativas de ratones utilizadas para el sentido del olfato e inyectó células madre de rata en los embriones de los ratones. El patrón de silenciamiento imita el observado en los trastornos del desarrollo neurológico, donde ciertas neuronas no pueden comunicarse bien con el cerebro. El modelo de destrucción eliminó las neuronas por completo, simulando una enfermedad degenerativa.

Descubrieron que la complementación de blastocistos restablecía los circuitos neuronales olfativos de los ratones de forma diferente según el modelo. Cuando las neuronas del ratón estaban presentes pero silenciosas, las neuronas de la rata ayudaron a formar regiones cerebrales mejor organizadas en comparación con el modelo de matanza. Sin embargo, cuando el equipo probó estas quimeras rata-ratón entrenándolas para encontrar una galleta escondida enterrada en una jaula, las neuronas de las ratas fueron las mejores para rescatar comportamientos en el modelo de matanza.

«Este resultado realmente sorprendente nos permite observar las diferencias entre esos dos modelos de enfermedad y tratar de identificar mecanismos que pueden ayudar a restaurar funciones en cualquier tipo de enfermedad cerebral», dice Baldwin. Su equipo también probó la complementación de blastocistos en un modelo de ratón de la enfermedad utilizando células de ratones con sistemas olfativos normales. Demostraron que la complementación intraespecies rescató la detección de cookies en ambos modelos.

Explorando las fronteras de la ciencia médica

«Actualmente, se están trasplantando a personas neuronas derivadas de células madre para la enfermedad de Parkinson y la epilepsia en ensayos clínicos. ¿Qué tan bien funcionará? ¿Y los diferentes orígenes genéticos entre el paciente y las células trasplantadas crearán una barrera? Este estudio proporciona un sistema en el que podemos evaluar las posibilidades de complementación cerebral de la misma especie a una escala mucho mayor que un ensayo clínico”, dice Baldwin.

La complementación de blastocistos aún está lejos de tener una aplicación clínica en humanos, pero ambos estudios sugieren que las células madre de diferentes especies pueden sincronizar su desarrollo con el cerebro del huésped.

Los científicos también han estado experimentando con el crecimiento de órganos humanos en otras especies, como los cerdos, utilizando la complementación de blastocistos. El año pasado, los científicos generaron riñones embrionarios utilizando células madre humanas en cerdos, ofreciendo una solución potencial para muchas personas en listas de espera para trasplantes.

«Nuestra aspiración es enriquecer los órganos del cerdo con un cierto porcentaje de células humanas, con el objetivo de mejorar los resultados para quienes reciben los órganos. Pero por el momento, todavía hay muchos desafíos técnicos y éticos que tenemos que superar antes de poder probar esto en ensayos clínicos», afirma Wu.

Además de las implicaciones de los estudios en medicina, los equipos también están interesados ​​en utilizar este enfoque para estudiar los cerebros de muchos roedores salvajes a los que no se podía acceder en el entorno del laboratorio.

“Hay más de 2.000 especies de roedores vivas en el mundo. Muchos de ellos se comportan de forma diferente a los roedores que habitualmente estudiamos en el laboratorio. Complementar los blastocistos neuronales entre especies podría abrir la puerta al estudio de cómo se desarrollan, evolucionan y funcionan los cerebros de esas especies”, dice Wu.

Para obtener más información sobre esta investigación, consulte Ratones diseñados con neuronas de rata que muestran habilidades sensoriales avanzadas.

Referencias:

«Circuitos sensoriales funcionales construidos a partir de neuronas de dos especies» por Benjamin T. Throesch, Muhammad Khadeesh bin Imtiaz, Rodrigo Muñoz-Castañeda, Masahiro Sakurai, Andrea L. Hartzell, Kiely N. James, Alberto R. Rodriguez, Greg Martin, Giordano Lippi , Sergey Kupriyanov, Zhuhao Wu, Pavel Osten, Juan Carlos Izpisua Belmonte, Jun Wu y Kristin K. Baldwin, 25 de abril de 2024, Una célula.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.042

«Generación de tejidos cerebrales de rata en ratones» por Jia Huang, Bingbing He, Xiali Yang, Xin Long, Yinghui Wei, Leijie Li, Min Tang, Yanxia Gao, Yuan Fang, Wenqin Ying, Zikang Wang, Chao Li, Yingsi Zhou, Shuaishuai Li, Linyu Shi, Seungwon Choi, Haibo Zhou, Fan Guo, Hui Yang y Jun Wu, 25 de abril de 2024. Celúla.
DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.017